Тербий (Tb)
ЛантаноидТвердое вещество
Стандартная относительная атомная масса
158,92535 uЭлектронная конфигурация
[Xe] 6s2 4f9Температура плавления
1355,85 °CТемпература кипения
3229,85 °CПлотность
8230 kg/m³Степени окисления
0, +1, +2, +3, +4Электроотрицательность (по Полингу)
Нет данныхЭнергия ионизации (1-я)
5,8638 eVГод открытия
1843Атомный радиус
175 pmПодробные сведения
Тербий — редкоземельный металл лантаноидного ряда с атомным номером 65. Он химически сходен с соседними гадолинием и диспрозием и встречается в минералах вместе с другими редкоземельными элементами, а не как самородный элемент. Его наиболее характерная технологическая роль связана с люминесценцией Tb³⁺, которая обеспечивает интенсивное зелёное излучение в подходящих матричных материалах, а также с большим магнитострикционным откликом сплавов, содержащих тербий.
Тербий достаточно стабилен на воздухе. Это серебристо-серый металл, ковкий, пластичный и настолько мягкий, что его можно резать ножом. Существуют две кристаллические модификации, с температурой превращения 1289°C. Известен двадцать один изотоп с атомными массами от 145 до 165. Оксид имеет шоколадный или темно-бордовый цвет.
Название происходит от деревни Иттербю в Швеции, где впервые была найдена руда иттебит (источник тербия). Тербий был открыт шведским хирургом и химиком Карлом-Густавом Мосандером в 1843 году в соли иттрия, которую он разделил на три элемента. Одному он дал название иттрий, розовоокрашенной соли — тербий, а глубоко-жёлтой перекиси — эрбий. В 1862 году швейцарский химик Марк Делофонтен повторно исследовал иттрий и обнаружил жёлтую перекись. Поскольку название эрбий к тому времени было присвоено розовоокрашенному оксиду, он вновь ввёл название тербий для жёлтой перекиси. Таким образом, первоначальные названия, данные образцам эрбия и тербия, теперь поменялись местами.
Минерал гадолинит ((Ce, La, Nd, Y)2FeBe2Si2O10), обнаруженный в карьере близ города Иттербю, Швеция, стал источником большого числа редкоземельных элементов. В 1843 году Карл Густав Мосандер, шведский химик, смог разделить гадолинит на три вещества, которые он назвал иттрией, эрбией и тербией. Как и следовало ожидать, учитывая сходство их названий и свойств, учёные вскоре перепутали эрбию и тербию, и к 1877 году их названия были поменяны местами. То, что Мосандер называл эрбией, теперь называется тербией и наоборот. Из этих двух веществ Мосандер открыл два новых элемента — тербий и эрбий. Сегодня тербий можно получать из минералов ксенотим (YPO4) и эвксенит ((Y, Ca, Er, La, Ce, U, Th)(Nb, Ta, Ti)2O6), но в основном его получают ионообменным процессом из монацитового песка ((Ce, La, Th, Nd, Y)PO4), материала, богатого редкоземельными элементами, который обычно содержит до 0.03% тербия.
Открыт Мосандером в 1843 году. Тербий является представителем группы лантаноидов, или «редкоземельных» элементов. Он встречается в церите, гадолините и других минералах вместе с другими редкоземельными элементами. Его получают промышленным путём из монацита, в котором он содержится в количестве 0.03%, из ксенотима и из эвксенита — сложного оксида, содержащего 1% или более тербия.
Чистый тербий — мягкий серебристо-серый металл. Он достаточно ковок, чтобы его можно было резать, и, как многие лантаноиды, медленно тускнеет на воздухе по мере образования поверхностных оксидов. Он имеет более чем одну твердую аллотропную модификацию, с структурным переходом при повышенной температуре.
Тербий используется главным образом в небольших количествах, где ценны его оптические или магнитные свойства. Активаторы Tb³⁺ обеспечивают зелёное излучение в люминофорах для освещения, дисплеев и некоторых материалов для рентгеновской визуализации. Тербий также является компонентом Terfenol-D, тербий-диспрозий-железного магнитострикционного сплава, используемого в приводах, гидроакустических преобразователях и устройствах контроля вибрации. В исследованиях и специализированных приборах соединения тербия используются как люминесцентные зонды и магнитные материалы.
Тербий используется для легирования некоторых типов твердотельных устройств и, наряду с диоксидом циркония (ZrO2), в качестве стабилизатора кристаллической решетки в топливных элементах, работающих при высоких температурах.
Тербия, переименованный материал, который Мосандер открыл в 1843 году, представляет собой оксид тербия (Tb2O3), одно из соединений тербия. Тербия потенциально может использоваться как активатор для зеленых люминофоров в телевизионных трубках. Борит натрия и тербия, еще одно соединение тербия, используется для получения лазерного света.
Борит натрия и тербия используется в твердотельных устройствах. Его можно использовать с ZrO2 в качестве стабилизатора кристаллической решетки топливных элементов, работающих при повышенной температуре. Было найдено мало других применений.
Изотопы в медицине
149Tb (с периодом полураспада 4,1 ч) используется в таргетной радиотерапии с применением альфа-частиц для мечения радиоиммуноконъюгатов при лечении рака [458] N. G. Zaitseva, S. N. Dmitriev, O. D. Maslov, L. G. Molokanova, G. Y. Starodub, S. V. Shishkin, T. V. Shishkina, G. J. Beyer. Czech. J. Phys. Suppl.53, A455 (2003)., [459] G. J. Beyer, M. Miederer, S. Vranjes-Duric, J. J. Comor, G. Kunzi, O. Hartley, R. Senekowitsch-Schmidtke, D. Soloviev, F. Buchegger. Eur. J. Nucl. Med. Mol. Imaging31, 547 (2004).. 161Tb (с периодом полураспада 6,9 дня), связанный с биоконъюгатом (две ковалентно связанные молекулы, одна или несколько из которых являются биомолекулой), используется в терапии рака как направленное радиационное лечение раковых клеток [459] G. J. Beyer, M. Miederer, S. Vranjes-Duric, J. J. Comor, G. Kunzi, O. Hartley, R. Senekowitsch-Schmidtke, D. Soloviev, F. Buchegger. Eur. J. Nucl. Med. Mol. Imaging31, 547 (2004)., [460] S. Lehenberger, C. Barkhausen, S. Cohrs, E. Fischer, J. Grünberg, A. Hohn, U. Köster, R. Schibli, A. Türler, K. Zhernosekov. Nucl. Med. Biol.38, 917 (2011).. 161Tb используется для визуализации, поскольку позволяет осуществлять оперативный контроль его распределения с помощью гамма-камер [460] S. Lehenberger, C. Barkhausen, S. Cohrs, E. Fischer, J. Grünberg, A. Hohn, U. Köster, R. Schibli, A. Türler, K. Zhernosekov. Nucl. Med. Biol.38, 917 (2011).. 149Tb получают в результате реакции 142Nd(12C,5n) 149Dy, за которой следует последующий позитронный распад 149Dy→ 149Tb+β +. Его также можно получить по реакции 141Pr(12C,4n) 149Tb; для удовлетворительного выхода 149Tb важна геометрия пучка (рис. IUPAC.65.1) [461] S. Sarkar, B. J. Allen, S. Imam, G. Goozee, J. Leigh, H. Meriaty. “Production and separation of terbium-149,152 for targeted cancer therapy”, in Second international conference on isotopes; Sydney, NSW (Australia); 273 p. Conference proceedings, 12–16 Oct 1997, C. J. Hardy (Ed.), Australian Nuclear Association Inc., Sutherland, NSW (Australia), pp. 206–211..
Тербий чаще всего образует трёхвалентные соединения, содержащие Tb³⁺. Репрезентативные материалы включают оксид тербия(III), Tb₂O₃, хлорид тербия(III), TbCl₃, и фторид тербия(III), TbF₃. В отличие от многих лантанидов, тербий также имеет доступную тетравалентную химию в сильно окислительных оксидных и фторидных средах; оксид тербия(IV), TbO₂, является хорошо установленным примером. Смешанновалентные оксиды и легированные матрицы-носители важны, поскольку они позволяют регулировать люминесценцию, кислородную ёмкость и магнитное поведение.
See more information at the Terbium compound page.
Металлический тербий не обладает высокой токсичностью при обычном обращении, но порошки могут представлять опасность пожара и пылевзрыва, а растворимые соли тербия следует рассматривать как вредные лабораторные химические вещества. Тонкоизмельчённый металл реагирует с воздухом и влагой более активно, чем массивные куски. Тербий не имеет известной биологической роли. Коммерческий тербий по существу изотопно стабилен; радиологические опасности относятся только к искусственно полученным радиоактивным изотопам или активированным материалам.
О токсичности тербия известно немного. С ним следует обращаться осторожно, как и с другими лантаноидами.
Тербий — рассеянный литофильный элемент, встречающийся в редкоземельных минералах, таких как монацит, бастнезит, ксенотим и ионоадсорбционные глины. В почвах и водах он обычно малоподвижен, поскольку Tb³⁺ прочно связывается с фосфатами, карбонатами, оксидами и органическим веществом. Природные концентрации низки, а биологическое поглощение ограничено. Экологическая обеспокоенность обычно связана с добычей, кислотным выщелачиванием и обращением с отходами, а не с самим металлическим тербием.
Тербий производится как разделенный редкоземельный продукт, а не добывается отдельно. Руды и концентраты перерабатывают для растворения смеси редкоземельных элементов, после чего экстракция растворителями или ионный обмен отделяют тербий от химически сходных лантаноидов. Предложение ограничивается низким содержанием тербия во многих месторождениях, сложностью разделения и зависимостью от мощностей по рафинированию редкоземельного сырья. Спрос обусловлен люминофорами и магнитострикционными сплавами, однако расход на одно устройство обычно невелик. Переработка технически возможна из люминофорных порошков и некоторых магнитов или сплавов, но сбор и разделение часто ограничивают извлечение.
Встречается с другими редкоземельными элементами в монацитовом песке, который обычно содержит 0.03% тербия. Другими источниками являются ксенотим и эуксенит, оба представляют собой смеси оксидов, которые могут содержать до 1% тербия.
Тербий — тяжёлый редкоземельный элемент, образующийся главным образом в результате нуклеосинтеза с захватом нейтронов в более ранних поколениях звёзд, с вкладом процессов медленного и быстрого захвата нейтронов. Космически он значительно менее распространён, чем элементы железной группы и более лёгкие породообразующие элементы. В планетных материалах он следует поведению других трёхвалентных лантаноидов и концентрируется в тугоплавких минеральных фазах, а не в летучих резервуарах.
- Тербий имеет только один стабильный природный изотоп, ¹⁵⁹Tb.
- Его название происходит от Иттербю — шведского населённого пункта, связанного с названиями нескольких редкоземельных элементов.
- Излучение Tb³⁺ обычно используется как зелёный эталон в люминесцентной спектроскопии.
- Terfenol-D получил своё название от тербия, железа, Naval Ordnance Laboratory и диспрозия.
- Тербий может образовывать стабильный Tb⁴⁺ в оксидах легче, чем большинство лантаноидов.
Изображения
Свойства
Физические свойства
- Атомный радиус (эмпирический)
- 175 pm Сравнить Атомный радиус (эмпирический) у всех элементов →
- Ковалентный радиус
- 194 pm Сравнить Ковалентный радиус у всех элементов →
- Ван-дер-ваальсов радиус
- 221 pm Сравнить Ван-дер-ваальсов радиус у всех элементов →
- Плотность
- 8230 kg/m³ Сравнить Плотность у всех элементов →
- Молярный объём
- 0,0192 L/mol
- Фаза при стандартных температуре и давлении
- Твёрдое вещество Сравнить Фаза при стандартных температуре и давлении у всех элементов →
- Температура плавления
- 1355,85 °C Сравнить Температура плавления у всех элементов →
- Температура кипения
- 3229,85 °C Сравнить Температура кипения у всех элементов →
- Теплопроводность
- 11,1 Вт/(м·К) Сравнить Теплопроводность у всех элементов →
- Удельная теплоёмкость
- 0,182 Дж/(г·К) Сравнить Удельная теплоёмкость у всех элементов →
- Молярная теплоёмкость
- 28,91 Дж/(моль·К) Сравнить Молярная теплоёмкость у всех элементов →
- Кристаллическая структура
- Гексагональная плотноупакованная Сравнить Кристаллическая структура у всех элементов →
Химические свойства
- Сродство к электрону
- 1,124 eV
- Энергия ионизации (1-я)
- 5,8638 eV Сравнить Энергия ионизации (1-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (2-я)
- 11,51304 eV Сравнить Энергия ионизации (2-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (3-я)
- 21,820075 eV Сравнить Энергия ионизации (3-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (4-я)
- 39,330135 eV Сравнить Энергия ионизации (4-я) у всех элементов →
- Энергия ионизации (5-я)
- 66,500229 eV Сравнить Энергия ионизации (5-я) у всех элементов →
- Степени окисления
- 0, +1, +2, +3, +4 Сравнить Степени окисления у всех элементов →
- Валентные электроны
- 3 Сравнить Валентные электроны у всех элементов →
- Электронная конфигурация
- [Xe] 6s2 4f9
Термодинамические свойства
- Теплота плавления
- 0,1119345 eV Сравнить Теплота плавления у всех элементов →
- Теплота испарения
- 3,016013 eV Сравнить Теплота испарения у всех элементов →
- Теплота сублимации
- 4,031715 eV
- Теплота атомизации
- 4,031715 eV
- Энтальпия атомизации
- 4,028605 eV
Ядерные свойства
- Протоны
- 65 Сравнить Протоны у всех элементов →
- Нейтроны
- 94 Сравнить Нейтроны у всех элементов →
- Известные изотопы
- 40 Сравнить Известные изотопы у всех элементов →
- Стабильные изотопы
- 1 Сравнить Стабильные изотопы у всех элементов →
- Наиболее стабильный изотоп
- Tb-159
- Год открытия
- 1843
Распространённость
- Содержание в земной коре
- 1,2 мг/кг Сравнить Содержание в земной коре у всех элементов →
- Содержание в океане
- 1,4 × 10−7 мг/л Сравнить Содержание в океане у всех элементов →
Кристаллическая структура
- Параметр решётки a
- 360 pm
Электронная структура
- Электроны по оболочкам
- 2, 8, 18, 27, 8, 2 Сравнить Электроны по оболочкам у всех элементов →
Идентификаторы
- Номер CAS
- 7440-27-9 Сравнить Номер CAS у всех элементов →
- Символ терма
- 6H°15/2
- InChI
- InChI=1S/Tb
- Ключ InChI
- GZCRRIHWUXGPOV-UHFFFAOYSA-N
Электронная конфигурация Измеренные
Tb: 4f⁹ 6s²[Xe] 4f⁹ 6s²1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 5s² 5p⁶ 4f⁹ 6s²Модель атома
Изотопы различаются числом нейтронов, массой и стабильностью, но не электронной конфигурацией нейтрального атома.
Схематическая модель атома, без соблюдения масштаба.
Атомный отпечаток
Спектр излучения / поглощения
Распределение изотопов
| Массовое число | Атомная масса (а. е. м.) | Содержание в природе | Период полураспада |
|---|---|---|---|
| 159 Стабильный | 158,9253547 ± 0,0000019 | 100,0000% | Стабильный |
Фаза / агрегатное состояние
Причина: на 1330,8 °C ниже температуры плавления (1355,85 °C)
Схематично, без соблюдения масштаба
Температуры фазовых переходов
Энергии переходов
Энергия, необходимая для плавления 1 моль вещества при температуре плавления
Энергия, необходимая для испарения 1 моль вещества при температуре кипения
Энергия, необходимая для сублимации 1 моль вещества при температуре сублимации
Плотность
При стандартных условиях
При стандартных условиях
Атомные спектры
Показано 10 из 65. Сортировка по заряду иона (по возрастанию).
Данные о спектральных линиях ?
| Ион | Заряд | Всего линий | Вероятности переходов | Обозначения уровней |
|---|---|---|---|---|
| Tb I | 0 | 248 | 0 | 10 |
| Tb II | +1 | 424 | 8 | 18 |
| Tb IV | +3 | 48 | 0 | 0 |
Данные об энергетических уровнях ?
| Ион | Заряд | Уровни |
|---|---|---|
| Tb I | 0 | 600 |
| Tb II | +1 | 154 |
| Tb III | +2 | 125 |
| Tb IV | +3 | 26 |
| Tb V | +4 | 2 |
| Tb VI | +5 | 2 |
| Tb VII | +6 | 2 |
| Tb VIII | +7 | 2 |
| Tb IX | +8 | 2 |
| Tb X | +9 | 2 |
Ионные радиусы
| Заряд | Координация | Спин | Радиус |
|---|---|---|---|
| +3 | 6 | Нет данных | 92.30000000000001 пм |
| +3 | 7 | Нет данных | 98 пм |
| +3 | 8 | Нет данных | 104 пм |
| +3 | 9 | Нет данных | 109.5 пм |
| +4 | 6 | Нет данных | 76 пм |
| +4 | 8 | Нет данных | 88 пм |
Соединения
Изотопы (1)
| Массовое число | Атомная масса (а. е. м.) | Содержание в природе | Период полураспада | Тип распада | |
|---|---|---|---|---|---|
| 159 Стабильный | 158,9253547 ± 0,0000019 | 100,0000% | Стабильный | stable |
Расширенные данные о свойствах
Ковалентные радиусы (расширенные данные)
- Ковалентный радиус (по Пююккё)
- 168 pm
- Ковалентный радиус (по Пююккё, двойная связь)
- 135 pm
Ван-дер-ваальсовы радиусы
- Alvarez
- 279 pm
- UFF
- 345,1 pm
- MM3
- 270 pm
Атомные и металлические радиусы
- Атомный радиус (по Раму)
- 276 pm
Шкалы нумерации
- Mendeleev
- 29
- Pettifor
- 26
- Glawe
- 25
Шкалы электроотрицательности
- Ghosh
- 0
- Miedema
- 3
- Gunnarsson–Lundqvist
- 4
- Robles–Bartolotti
- 3
Поляризуемость и дисперсия
- Дипольная поляризуемость
- 170 a.u.
- Дипольная поляризуемость (неопределённость)
- 20 a.u.
- C₆ (Gould–Bučko)
- 2590 Ha·Bohr6
Параметры Мидемы
- Молярный объём по Мидеме
- 19,32 cm3/mol
- Электронная плотность по Мидеме
- 2
Риски поставок и экономика
- Концентрация производства
- 97
- Относительный риск поставок
- 10
- Распределение запасов
- 50
- Политическая стабильность (ведущий производитель)
- 24
- Политическая стабильность (страна с крупнейшими запасами)
- 24
Фазовые переходы и аллотропные модификации
| Температура плавления | 1632,15 K |
| Температура кипения | 3503,15 K |
Категории степеней окисления
Расширенные справочные данные
Константы экранирования (13)
| n | Орбиталь | σ |
|---|---|---|
| 1 | s | 1,2739 |
| 2 | p | 4,3076 |
| 2 | s | 17,0278 |
| 3 | d | 13,7015 |
| 3 | p | 19,9853 |
| 3 | s | 20,4485 |
| 4 | d | 34,69 |
| 4 | f | 39,1352 |
| 4 | p | 31,6012 |
| 4 | s | 30,98 |
Подробные данные о кристаллических радиусах (6)
| Заряд | CN | Спин | rcrystal (pm) | Происхождение |
|---|---|---|---|---|
| 3 | VI | 106,3 | from r^3 vs V plots, | |
| 3 | VII | 112 | estimated, | |
| 3 | VIII | 118 | from r^3 vs V plots, | |
| 3 | IX | 123,5 | from r^3 vs V plots, | |
| 4 | VI | 90 | from r^3 vs V plots, | |
| 4 | VIII | 102 |
Типы распада изотопов (63)
| Изотоп | Режим | Интенсивность |
|---|---|---|
| 135 | p | 100% |
| 135 | B+ | — |
| 136 | B+ | — |
| 136 | B+p | — |
| 137 | p | — |
| 137 | B+ | — |
| 138 | B+ | — |
| 138 | B+p | — |
| 138 | p | 0% |
| 139 | B+ | 100% |
Факторы рассеяния рентгеновского излучения (514)
| Энергия (eV) | f₁ | f₂ |
|---|---|---|
| 10 | — | 0,15974 |
| 10,1617 | — | 0,16625 |
| 10,3261 | — | 0,17301 |
| 10,4931 | — | 0,18005 |
| 10,6628 | — | 0,18738 |
| 10,8353 | — | 0,19501 |
| 11,0106 | — | 0,20295 |
| 11,1886 | — | 0,21121 |
| 11,3696 | — | 0,21981 |
| 11,5535 | — | 0,22823 |
Дополнительные данные
Оценочная распространённость в земной коре
The estimated element abundance in the earth's crust.
Оценочная распространённость в земной коре
1.2 milligrams per kilogram
Источники (1)
Оценочная распространённость в океане
The estimated element abundance in the earth's oceans.
Оценочная распространённость в океане
1.4×10-7 milligrams per liter
Источники (1)
Получение
Production of this element (from raw materials or other compounds containing the element).
Terbium has been isolated only in recent years with the development of ion-exchange techniques for separating the rare-earth elements. As with other rare earth metals, it can be produced by reducing the anhydrous chloride or fluoride with calcium metal in a tantalum crucible. Calcium and tantalum impurities can be removed by vacuum remelting. Other methods of isolation are possible.
Источники (1)
- [6] Terbium https://periodic.lanl.gov/65.shtml
Источники
(9)
Data deposited in or computed by PubChem
The half-life and atomic mass data was provided by the Atomic Mass Data Center at the International Atomic Energy Agency.
Element data are cited from the Atomic weights of the elements (an IUPAC Technical Report). The IUPAC periodic table of elements can be found at https://iupac.org/what-we-do/periodic-table-of-elements/. Additional information can be found within IUPAC publication doi:10.1515/pac-2015-0703 Copyright © 2020 International Union of Pure and Applied Chemistry.
The information are cited from Pure Appl. Chem. 2018; 90(12): 1833-2092, https://doi.org/10.1515/pac-2015-0703.
Thomas Jefferson National Accelerator Facility (Jefferson Lab) is one of 17 national laboratories funded by the U.S. Department of Energy. The lab's primary mission is to conduct basic research of the atom's nucleus using the lab's unique particle accelerator, known as the Continuous Electron Beam Accelerator Facility (CEBAF). For more information visit https://www.jlab.org/
The periodic table at the LANL (Los Alamos National Laboratory) contains basic element information together with the history, source, properties, use, handling and more. The provenance data may be found from the link under the source name.
The periodic table contains NIST's critically-evaluated data on atomic properties of the elements. The provenance data that include data for atomic spectroscopy, X-ray and gamma ray, radiation dosimetry, nuclear physics, and condensed matter physics may be found from the link under the source name. Ref: https://www.nist.gov/pml/atomic-spectra-database
This section provides all form of data related to element Terbium.
The element property data was retrieved from publications.