Terbium (Tb)
lanthanideSolid
Nguyên tử khối chuẩn
158,92535 uCấu hình electron
[Xe] 6s2 4f9Nhiệt độ nóng chảy
1355,85 °CNhiệt độ sôi
3229,85 °CKhối lượng riêng
8230 kg/m³Trạng thái oxi hóa
0, +1, +2, +3, +4Độ âm điện (Pauling)
Không cóNăng lượng ion hóa (lần 1)
5,8638 eVNăm phát hiện
1843Bán kính nguyên tử
175 pmChi tiết
Terbium is a lanthanide rare-earth metal with atomic number 65. It is chemically similar to neighboring gadolinium and dysprosium and occurs in minerals with other rare earths rather than as a native element. Its most distinctive technological role comes from Tb³⁺ luminescence, which gives intense green emission in suitable host materials, and from the large magnetostrictive response of terbium-containing alloys.
Terbium is reasonably stable in air. It is a silver-gray metal, and is malleable, ductile, and soft enough to be cut with a knife. Two crystal modifications exist, with a transformation temperature of 1289°C. Twenty one isotopes with atomic masses ranging from 145 to 165 are recognized. The oxide is a chocolate or dark maroon color.
The name derives from the village of Ytterby in Sweden, where the mineral ytterbite (the source of terbium) was first found. Terbium was discovered by the Swedish surgeon and chemist Carl-Gustav Mosander in 1843 in an yttrium salt, which he resolved into three elements. He called one yttrium, a rose-colored salt he called terbium, and a deep-yellow peroxide he called erbium. In 1862, the Swiss chemist Marc Delafontaine reexamined yttrium and found the yellow peroxide. Because the name erbium had now been assigned to the rose-colored oxide, he reintroduced the name terbium for the yellow peroxide. Thus the original names given to erbium and terbium samples are now switched.
The mineral gadolinite ((Ce, La, Nd, Y)2FeBe2Si2O10), discovered in a quarry near the town of Ytterby, Sweden, has been the source of a great number of rare earth elements. In 1843, Carl Gustaf Mosander, a Swedish chemist, was able to separate gadolinite into three materials, which he named yttria, erbia and terbia. As might be expected considering the similarities between their names and properties, scientists soon confused erbia and terbia and, by 1877, had reversed their names. What Mosander called erbia is now called terbia and visa versa. From these two substances, Mosander discovered two new elements, terbium and erbium. Today, terbium can be obtained from the minerals xenotime (YPO4) and euxenite ((Y, Ca, Er, La, Ce, U, Th)(Nb, Ta, Ti)2O6), but is primarily obtained through an ion exchange process from monazite sand ((Ce, La, Th, Nd, Y)PO4), a material rich in rare earth elements that typically contains as much as 0.03% terbium.
Discovered by Mosander in 1843. Terbium is a member of the lanthanide or "rare earth" group of elements. It is found in cerite, gadolinite, and other minerals along with other rare earths. It is recovered commercially from monazite in which it is present to the extent of 0.03%, from xenotime, and from euxenite, a complex oxide containing 1% or more of terbia.
Pure terbium is a soft, silvery-gray metal. It is malleable enough to be cut and, like many lanthanides, slowly tarnishes in air as surface oxides form. It has more than one solid allotrope, with a structural change at elevated temperature.
Terbium is used mainly in small amounts where its optical or magnetic properties are valuable. Tb³⁺ activators provide green emission in phosphors for lighting, displays, and some X-ray imaging materials. Terbium is also a component of Terfenol-D, a terbium-dysprosium-iron magnetostrictive alloy used in actuators, sonar transducers, and vibration-control devices. In research and specialized instruments, terbium compounds are used as luminescent probes and magnetic materials.
Terbium is used to dope some types of solid-state devices and, along with zirconium dioxide (ZrO2), as a crystal stabilizer in fuel cells that operate at high temperatures.
Terbia, the renamed material that Mosander discovered in 1843, is terbium oxide (Tb2O3), one of terbium's compounds. Terbia can potentially be used as an activator for green phosphors in television tubes. Sodium terbium borate, another terbium compound, is used to make laser light.
Sodium terbium borate is used in solid-state devices. It can be used with ZrO2 as a crystal stabilizer of fuel cells which operate at elevated temperature. Few other uses have been found.
Isotopes in Medicine
149Tb (with a half-life of 4.1 h) is being used in targeted radiotherapy using alpha particles for labeling radioimmunoconjugates in cancer treatments [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 (with a half-life of 6.9 days) attached to a bioconjugate (two covalently linked molecules, one or more of which is a biomolecule), is being used in cancer therapy as a targeted radiation treatment of cancer cells [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 is being used for imaging as it allows for on-line monitoring of its distribution using gamma cameras [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 is produced by the reaction 142Nd(12C,5n) 149Dy, which is followed by a subsequent positron decay reaction 149Dy→ 149Tb+β +. It can also be produced by the reaction 141Pr(12C,4n) 149Tb; beam geometry is important for satisfactory yield of 149Tb (Fig. 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..
Terbium most commonly forms trivalent compounds containing Tb³⁺. Representative materials include terbium(III) oxide, Tb₂O₃, terbium(III) chloride, TbCl₃, and terbium(III) fluoride, TbF₃. Unlike many lanthanides, terbium also has accessible tetravalent chemistry in strongly oxidizing oxide and fluoride environments; terbium(IV) oxide, TbO₂, is a well established example. Mixed-valence oxides and doped host lattices are important because they tune luminescence, oxygen storage, and magnetic behavior.
See more information at the Terbium compound page.
Metallic terbium is not highly toxic in ordinary handling, but powders can be a fire and dust hazard, and soluble terbium salts should be treated as harmful laboratory chemicals. Fine metal reacts more readily with air and moisture than bulk pieces. Terbium has no known biological role. Commercial terbium is essentially stable isotopically; radiological hazards apply only to artificially produced radioactive isotopes or activated materials.
Little is known of the toxicity of terbium. It should be handled with care as with other lanthanide element
Terbium is a dispersed lithophile element found in rare-earth minerals such as monazite, bastnäsite, xenotime, and ion-adsorption clays. In soils and waters it is generally immobile because Tb³⁺ binds strongly to phosphates, carbonates, oxides, and organic matter. Natural concentrations are low, and biological uptake is limited. Environmental concern is usually associated with mining, acid leaching, and waste handling rather than with terbium metal itself.
Terbium is produced as a separated rare-earth product, not mined alone. Ores and concentrates are processed to dissolve mixed rare earths, then solvent extraction or ion exchange separates terbium from chemically similar lanthanides. Supply is constrained by the low abundance of terbium in many deposits, the complexity of separation, and dependence on rare-earth refining capacity. Demand is driven by phosphors and magnetostrictive alloys, but use per device is usually small. Recycling is technically possible from phosphor powders and some magnets or alloys, yet collection and separation are often limiting.
Found with other rare earths in monazite sand, which typically contain 0.03% terbium. Other sources are xenotime and euxenite, both of which are oxide mixtures that can contain up to 1% terbium.
Terbium is a heavy rare-earth element made mainly by neutron-capture nucleosynthesis in earlier generations of stars, with contributions from slow and rapid neutron-capture processes. It is far less abundant cosmically than iron-group elements and lighter rock-forming elements. In planetary materials it follows other trivalent lanthanides and concentrates in refractory mineral phases rather than volatile reservoirs.
- Terbium has only one stable natural isotope, ¹⁵⁹Tb.
- Its name comes from Ytterby, the Swedish locality linked to several rare-earth element names.
- Tb³⁺ emission is commonly used as a green reference in luminescence spectroscopy.
- Terfenol-D takes its name from terbium, iron, Naval Ordnance Laboratory, and dysprosium.
- Terbium can form stable Tb⁴⁺ in oxides more readily than most lanthanides.
Hình ảnh
Tính chất
Vật lý
- Bán kính nguyên tử (thực nghiệm)
- 175 pm So sánh Bán kính nguyên tử (thực nghiệm) của tất cả nguyên tố →
- Bán kính cộng hóa trị
- 194 pm So sánh Bán kính cộng hóa trị của tất cả nguyên tố →
- Bán kính van der Waals
- 221 pm So sánh Bán kính van der Waals của tất cả nguyên tố →
- Khối lượng riêng
- 8230 kg/m³ So sánh Khối lượng riêng của tất cả nguyên tố →
- Thể tích mol
- 0,0192 L/mol
- Pha ở STP
- Rắn So sánh Pha ở STP của tất cả nguyên tố →
- Nhiệt độ nóng chảy
- 1355,85 °C So sánh Nhiệt độ nóng chảy của tất cả nguyên tố →
- Nhiệt độ sôi
- 3229,85 °C So sánh Nhiệt độ sôi của tất cả nguyên tố →
- Độ dẫn nhiệt
- 11,1 W/(m·K) So sánh Độ dẫn nhiệt của tất cả nguyên tố →
- Nhiệt dung riêng
- 0,182 J/(g·K) So sánh Nhiệt dung riêng của tất cả nguyên tố →
- Nhiệt dung mol
- 28,91 J/(mol·K) So sánh Nhiệt dung mol của tất cả nguyên tố →
- Cấu trúc tinh thể
- Lục phương xếp chặt So sánh Cấu trúc tinh thể của tất cả nguyên tố →
Hóa học
- Ái lực electron
- 1,124 eV
- Năng lượng ion hóa (lần 1)
- 5,8638 eV So sánh Năng lượng ion hóa (lần 1) của tất cả nguyên tố →
- Năng lượng ion hóa (lần 2)
- 11,51304 eV So sánh Năng lượng ion hóa (lần 2) của tất cả nguyên tố →
- Năng lượng ion hóa (lần 3)
- 21,820075 eV So sánh Năng lượng ion hóa (lần 3) của tất cả nguyên tố →
- Năng lượng ion hóa (lần 4)
- 39,330135 eV So sánh Năng lượng ion hóa (lần 4) của tất cả nguyên tố →
- Năng lượng ion hóa (lần 5)
- 66,500229 eV So sánh Năng lượng ion hóa (lần 5) của tất cả nguyên tố →
- Trạng thái oxi hóa
- 0, +1, +2, +3, +4 So sánh Trạng thái oxi hóa của tất cả nguyên tố →
- Electron hóa trị
- 3 So sánh Electron hóa trị của tất cả nguyên tố →
- Cấu hình electron
- [Xe] 6s2 4f9
Nhiệt động lực học
- Nhiệt nóng chảy
- 0,1119345 eV So sánh Nhiệt nóng chảy của tất cả nguyên tố →
- Nhiệt hóa hơi
- 3,016013 eV So sánh Nhiệt hóa hơi của tất cả nguyên tố →
- Nhiệt thăng hoa
- 4,031715 eV
- Nhiệt nguyên tử hóa
- 4,031715 eV
- Enthalpy nguyên tử hóa
- 4,028605 eV
Hạt nhân
- Proton
- 65 So sánh Proton của tất cả nguyên tố →
- Neutron
- 94 So sánh Neutron của tất cả nguyên tố →
- Các đồng vị đã biết
- 40 So sánh Các đồng vị đã biết của tất cả nguyên tố →
- Đồng vị bền
- 1 So sánh Đồng vị bền của tất cả nguyên tố →
- Đồng vị bền nhất
- Tb-159
- Năm phát hiện
- 1843
Độ phổ biến
- Độ phổ biến (vỏ Trái Đất)
- 1,2 mg/kg So sánh Độ phổ biến (vỏ Trái Đất) của tất cả nguyên tố →
- Độ phổ biến (đại dương)
- 1,4 × 10−7 mg/L So sánh Độ phổ biến (đại dương) của tất cả nguyên tố →
Cấu trúc tinh thể
- Hằng số mạng a
- 360 pm
Cấu trúc electron
- Số electron trong mỗi lớp
- 2, 8, 18, 27, 8, 2 So sánh Số electron trong mỗi lớp của tất cả nguyên tố →
Mã định danh
- Số CAS
- 7440-27-9 So sánh Số CAS của tất cả nguyên tố →
- Ký hiệu số hạng
- 6H°15/2
- InChI
- InChI=1S/Tb
- Khóa InChI
- GZCRRIHWUXGPOV-UHFFFAOYSA-N
Cấu hình electron Đo đạc
Tb: 4f⁹ 6s²[Xe] 4f⁹ 6s²1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 5s² 5p⁶ 4f⁹ 6s²Mô hình nguyên tử
Các đồng vị khác nhau về số neutron, khối lượng và độ bền — không khác nhau về cấu hình electron của nguyên tử trung hòa.
Mô hình nguyên tử minh họa, không theo tỷ lệ.
Dấu vân tay nguyên tử
Phổ phát xạ / hấp thụ
Phân bố đồng vị
| Số khối | Khối lượng nguyên tử (u) | Độ phổ biến tự nhiên | Chu kỳ bán rã |
|---|---|---|---|
| 159 Bền | 158,9253547 ± 0,0000019 | 100,0000% | Bền |
Pha / Trạng thái
Lý do: thấp hơn nhiệt độ nóng chảy (1355,85 °C) một lượng 1330,8 °C
Sơ đồ minh họa, không theo tỷ lệ
Điểm chuyển pha
Năng lượng chuyển pha
Năng lượng cần để làm nóng chảy 1 mol tại nhiệt độ nóng chảy
Năng lượng cần để hóa hơi 1 mol tại nhiệt độ sôi
Năng lượng cần để làm thăng hoa 1 mol tại nhiệt độ thăng hoa
Khối lượng riêng
Ở điều kiện chuẩn
Ở điều kiện chuẩn
Phổ nguyên tử
Đang hiển thị 10 trên 65. Sắp xếp theo điện tích ion (tăng dần).
Dữ liệu vạch phổ ?
| Ion | Điện tích | Tổng số vạch | Xác suất chuyển mức | Ký hiệu mức năng lượng |
|---|---|---|---|---|
| Tb I | 0 | 248 | 0 | 10 |
| Tb II | +1 | 424 | 8 | 18 |
| Tb IV | +3 | 48 | 0 | 0 |
Dữ liệu mức năng lượng ?
| Ion | Điện tích | Mức năng lượng |
|---|---|---|
| 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 |
Bán kính ion
| Điện tích | Phối trí | Spin | Bán kính |
|---|---|---|---|
| +3 | 6 | Không có | 92.30000000000001 pm |
| +3 | 7 | Không có | 98 pm |
| +3 | 8 | Không có | 104 pm |
| +3 | 9 | Không có | 109.5 pm |
| +4 | 6 | Không có | 76 pm |
| +4 | 8 | Không có | 88 pm |
Hợp chất
Đồng vị (1)
| Số khối | Khối lượng nguyên tử (u) | Độ phổ biến tự nhiên | Chu kỳ bán rã | Kiểu phân rã | |
|---|---|---|---|---|---|
| 159 Bền | 158,9253547 ± 0,0000019 | 100,0000% | Bền | stable |
Tính chất mở rộng
Bán kính cộng hóa trị (mở rộng)
- Bán kính cộng hóa trị (Pyykkö)
- 168 pm
- Bán kính cộng hóa trị (Pyykkö, liên kết đôi)
- 135 pm
Bán kính van der Waals
- Alvarez
- 279 pm
- UFF
- 345,1 pm
- MM3
- 270 pm
Bán kính nguyên tử và kim loại
- Bán kính nguyên tử (Rahm)
- 276 pm
Các thang đánh số
- Mendeleev
- 29
- Pettifor
- 26
- Glawe
- 25
Các thang độ âm điện
- Ghosh
- 0
- Miedema
- 3
- Gunnarsson–Lundqvist
- 4
- Robles–Bartolotti
- 3
Độ phân cực hóa và tán sắc
- Độ phân cực hóa lưỡng cực
- 170 a.u.
- Độ phân cực hóa lưỡng cực (độ không đảm bảo)
- 20 a.u.
- C₆ (Gould–Bučko)
- 2590 Ha·Bohr6
Thông số Miedema
- Thể tích mol Miedema
- 19,32 cm3/mol
- Mật độ electron Miedema
- 2
Rủi ro nguồn cung và kinh tế
- Mức độ tập trung sản xuất
- 97
- Rủi ro nguồn cung tương đối
- 10
- Phân bố trữ lượng
- 50
- Ổn định chính trị (quốc gia sản xuất lớn nhất)
- 24
- Ổn định chính trị (quốc gia có trữ lượng lớn nhất)
- 24
Chuyển pha và các dạng thù hình
| Nhiệt độ nóng chảy | 1632,15 K |
| Nhiệt độ sôi | 3503,15 K |
Phân loại trạng thái oxi hóa
Dữ liệu tham khảo chuyên sâu
Hằng số chắn (13)
| n | Orbital | 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 |
Chi tiết bán kính tinh thể (6)
| Điện tích | CN | Spin | rcrystal (pm) | Nguồn gốc |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
Các kiểu phân rã đồng vị (63)
| Đồng vị | Chế độ | Cường độ |
|---|---|---|
| 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% |
Hệ số tán xạ tia X (514)
| Năng lượng (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 |
Dữ liệu bổ sung
Estimated Crustal Abundance
The estimated element abundance in the earth's crust.
1.2 milligrams per kilogram
Tài liệu tham khảo (1)
Estimated Oceanic Abundance
The estimated element abundance in the earth's oceans.
1.4×10-7 milligrams per liter
Tài liệu tham khảo (1)
Production
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.
Tài liệu tham khảo (1)
- [6] Terbium https://periodic.lanl.gov/65.shtml
Tài liệu tham khảo
(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.