ტერბიუმი

ტერბიუმი წარმოადგენს ქიმიურ ელემენტს, რომლის სიმბოლოა - Tb და ატომური ნომერი - 65. ტერბიუმი მოვერცხლისფრო-თეთრი იშვიათ მიწათა მეტალია. იგი ჭედადი და დრეკადია და იმდენად რბილია, რომ შესაძლებელია მისი დანით გაჭრა. ტერბიუმი ბუნებაში თავისუფალი სახით არ გვხვდება, მაგრამ იგი შედის მრავალი მინერალის შემადგენლობაში, როგორიცაა: ცერიტი, მონაციტი, ქსენოთაიმი და ეუქსენიტი.

ტერბიუმი გამოიყენება კალციუმის ფთორიდის, კალციუმის ვოლფრამატის და სტრონციუმის მოლიბდატის შემავსებლად, რომლებიც თავის მხრივ გამოიყენებიან მყარი მდგომარეობის მოწყობილობებში. აგრეთვე გამოიყენება კრისტალურ სტაბილიზატორებად ენერგეტიკულ ელემენტებში, რომლებიც მაღალ ტემპერატურაზე ოპერირებენ, როგორც ტერფენოლ-D-ს კომპონენტები.

ისტორია

ტერბიუმი აღმოჩენილ იქნა 1843 წელს შვედი ქიმიკოსის კ.გ. მოსანდერის (Carl Gustaf Mosander) მიერ, რომელმაც იგი აღმოაჩინა იტრიუმის ოქსიდში Y₂O₂.  პირველი დასახელება იტერბი ეწოდა შვედეთის სოფელ იტერბის მიხედვით. თუმცა უნდა აღინიშნოს, რომ  ტერბიუმის სუფთა სახით მიღება მხოლოდ მას შემდეგ გახდა შესაძლებელი, როცა შემუშავდა  იონ-გაცვლითი ტექნოლოგიები.

მონსანდერმა  ”იტრია” პირველად სამ ფრაქციად გამოყო და დასახელებაც ნედლეულის მიხედვით მისცა: იტრია, ერბია და ტერბია. "terbia"-ს ფრაქცია იყო ვარდისფერი (ამჟამად, რომელიც ცნობილია, როგორც ერბიუმი) და "erbia" იყო ფრაქცია, რომელიც ჩვეულებრივ ხსნარში იყო უფერო, მაგრამ იძლეოდა მოყავისფრო ოქსიდს. მოგვიანებით მკვლევარებს შეექმნათ სიძნელეები მის აღმოჩენასთან დაკავშირებით, მაგრამ ვარდისფერი ფრაქციის წარმოქმნას ყოველთვის ჰქონდა ადგილი.

არ იყო მარტივი ტერბიუმის გამოყოფაც, რადგან მას საწყისი იტრია მხოლოდ 1%-ის ოდენობით  შეიცავდა, ხოლო დომინანტებს წარმოადგენდა მისი უშუალო მეზობლები: გადოლინიუმი და დისპროზიუმი.

გავრცელება

ქსენოტიმი

ელემენტი ტერბიუმი ბუნებაში თავისუფალი სახით არ გვხვდება, მაგრამ მას შეიცავს მრავალი მინერალი, მათ შორის ცერიტი, გადოლინიტი, მონაციტი ((Ce,La,Th,Nd,Y)PO₄, ტერბიუმის შემცველობა >0.03%), ქსენოთაიმი (YPO₄) და ეუქსენიტი ((Y,Ca,Er,La,Ce,U,Th)(Nb,Ta,Ti)₂O₆, ტერბიუმის შემცველობა > 1%). დედამიწის ქერქში ტერბიუმის გავრცელება შეადგენს 1.2მგ/კგ.

ტერბიუმის უმდიდრეს კომერციულ წყაროს წარმოადგენს იონ-ადსორბციული თიხები სამხრეთ ჩინეთიდან. მათში ორი მესამედი (წონით) არის იტრიუმის ოქსიდი და დაახლოებით 1%-ია ტერბიუმი. თუმცა იგი მცირე რაოდენობით გვხვდება ბასთნეზიტში და მონაციტში. ამ მინერალებს ამუშავებენ გამხსნელით - ექსტრაქციით, მძიმე ლანთანოიდების ”სამარიუმ-ევროპიუმ-გადოლინიუმ კონცენტრატის” გამოყოფის მიზნით.

იზოტოპები

ბუნებაში გავრცელებული ტერბიუმი შედგება ერთი სტაბილური იზოტოპისაგან - ¹⁵⁹Tb. დახასიათებულია მისი 33 რადიოიზოტოპი, რომელთაგან ყველაზე მდგრადია ¹⁵⁸Tb (ნახევარდაშლის პერიოდია 180 წელი), ¹⁵⁷Tb (ნახევარდაშლის პერიოდია 71 წელი) და ¹⁶⁹Tb (ნახევარდაშლის პერიოდია 71 დღე). ყველა დანარჩენი რადიოიზოტოპის ნახევარდაშლის პერიოდი 6.907 დღეზე ნაკლებია. ამ ელემენტს აგრეთვე გააჩნია 18 მეტა მდგომარეობა, რომელთაგან ყველაზე სტაბილურია ¹⁵⁶m¹Tb (t½ 24.4 სთ), ¹⁵⁴m²Tb (t½ 22.7 სთ) და ¹⁵⁴m¹Tb (t½ 9.4 სთ).

ფიზიკური თვისებები

ტერბიუმის სულფატი , Tb2(SO4)3 (ზევით), მწვანე ფლუორესცენცია ულტრაიისფერი დანათების ქვეშ

ტერბიუმი მოვერცხლისფრო-თეთრი იშვიათ მიწათა მეტალია, რომელიც ელასტიკური, ჭედადი და რბილია (ადვილად იჭრება დანით). სხვა ლანთანოიდებთან შედარებით ჰაერზე მდგრადია. ტერბიუმი გვხვდება ორი კრისტალური ალოტროპიული სახით, რომლებიც ერთმანეთში გადადის 1289°C.

ტერბიუმ(III) კათიონს აქვს ბრილიანტისებრი ფლუორესცენცია, კაშკაშა ლიმონისფერ-ყვითელ ფერით, რაც გამოწვეულია მკვეთრი მწვანე ნათების კომბინაციით, სხვა ნარინჯისფერ და წითელ ნათებასთან ერთად.

ტერბიუმი ადვილად იჟანგება და იგი თავისი ელემენტური ფორმით გამოიყენება მხოლოდ კვლევითი მიზნებისათვის. ტერბიუმის ატომები შეიძლება გამოიყოს ფულერენის მოლეკულებში ჩანერგვით.

ტერბიუმს გააჩნია მარტივი ფერომაგნიტური რიგი 219K დაბალ ტემპერატურაზე. 219K ტემპერატურაზე ზემოთ იგი გადადის სპირალურ, ანტიფერომაგნიტურ მდგომარეობაში, რომელშიც ყველა ატომური მომენტი პარალელურია ბაზისის სიბრტყის ფენისა. ეს არაჩვეულებრივი ანტიფერომაგნიტიზმი 230K ტემპერატურაზე გარდაიქმნება უწესრიგო პარამაგნიტურ მდგომარეობად.

ქიმიური თვისებები

ტერბიუმის ყველაზე ჩვეულებრივი სავალენტო მდგომარეობაა +3 დაჟანგულობის რიცხვით, მაგალითად Tb₂O₂. +4 მდგომარეობა ცნობილია TbO₂-სა და TbF₄-ში. ტერბიუმი ადვილად იწვის და წარმოქმნის ტერბიუმის (III,IV) ოქსიდების ნარევს.

8 Tb + 7 O₂ → 2 Tb₄O₇

ხსნარებში ტერბიუმი მხოლოდ სამვალენტიან იონს წარმოქმნის. ტერბიუმი საკმაოდ ელექტროდადებითია, ნელა ურთიერთქმედებს ცივ წყალთან და საკმაოდ სწრაფად შედის რეაქციაში ცხელ წყალტან ტერბიუმის ჰიდროქსიდის წარმოქმნით.

2 Tb (მყ) + 6 H₂O (სითხე) → 2 Tb(OH)₂ (ხსნ.) + 3H₂ (აირი)

ტერბიუმი ურთიერთქმედებს ყველა ჰალოგენთან:

2 Tb (მყ) + 3 F₂ (აირი) → 2 TbF₂ (მყ) [თეთრი]

2 Tb (მყ) + 3 Cl₂ (აირი) → 2 TbCl₂ (მყ) [თეთრი]

2 Tb (მყ) + 3 Br₂ (აირი) → 2 TbBr₂ (მყ) [თეთრი]

2 Tb (მყ) + 3 I₂ (აირი) → 2 TbI₂ (მყ)

ტერბიუმი სწრაფად იხსნება განზავებულ გოგირდმჟავაში და წარმოქმნის მკრთალ ვარდისფერ Tb(III) იონების შემცველ ხსნარს, რომელიც არსებობს [Tb(OH₂)₉]³+ კომპლექსებში.

2 Tb (მყ) + 3 H₂SO₄ (სითხე) → 2 Tb³+ (სითხე) + 3 SO²−₄ (სითხე) + 3 H₂ (აირი)

ნაერთები 

ტერბიუმი აზოტთან, ნახშირბადთან, გოგირდთან, ფოსფორთან, ბორთან, სელენთან, სილიციუმთან და დარიშხანთან მაღალ ტემპერატურაზე წარმოქმნის ბინარულ ნაერთებს, მაგალითად, TbH₂, TbH₂, TbB₂, Tb₂S₂, TbSe, TbTe და TbN. ამ ნაერთების უმეტესობაში ტერბიუმი ამჟღავნებს +3 დაჟანგულობის რიცხვს, ზოგან კი +2.

ტერბიუმ (II) ჰალოგენიდები მიიღება Tb(III) ჰალოგენიდების ტანტალის კონტეინერში გამოწვით მეტალური Tb თანაობისას.

ტერბიუმი წარმოქმნის სესქვიქლორიდს Tb₂Cl₂, რომელიც 800°C-ზე გამოწვით შეიძლება აღდგეს TbCl -მდე. ტერბიუმ (I) ქლორიდი წარმოქმნის გრაფიტის მსგავს სტრუქტურას.

ტერბიუმ(IV) ფთორიდი ძლიერი მაფთორირებელი აგენტია, უფრო ძლიერი,  ვიდრე CoF₂-დან ან CeF₄-დან მიღებული ფთორიდების ნარევის ორთქლი.

მიღება

ტერბიუმ-შემცველი მინერალის მცირე ზომის ნატეხები მუშავდება ცხელი კონცენტრირებული გოგირდმჟავათი და წარმოიქმნება იშვიათ მიწათა ელემენტების წყალში ხსნადი სულფატები. მჟავა ფილტრატი ნაწილობრივ ნეიტრალდება კაუსტიკური სოდით, pH 3-4-მდე. თორიუმი ჰიდროქსიდის სახით გამოილექება ხსნარიდან და მოცილდება მას. ამის შემდეგ ხსნარი მუშავდება ამონიუმის ოქსალატით, რომელსაც იშვიათ მიწათა ელემენტები გადაჰყავს თავის შესაბამის უხსნად ოქსალატებში. ოქსალატები გახურებით გადადის ოქსიდებში, რომლებიც იხსნებიან აზოტმჟავაში, გარდა ძირითადი კომპონენტისა. ტერბიუმი გამოიყოფა ამონიუმის ნიტრატით კრისტალიზაციით, ორმაგი მარილის სახით.

ტერბიუმის მარილების გამოყოფა იშვიათ მიწათა მარილების ხსნარებიდან ყველაზე ეფექტურია იონ-გაცვლითი ტექნოლოგიებით. ამ პროცესში, იშვიათ მიწათა ელემენტების იონები იხსნებიან შესაბამის იონ-გაცვლით ფისში, ამ უკანასკნელში არსებული იონებით მიმოიცვლებიან წყალბადის, ამონიუმის ან სპილენძის იონებით. იშვიათ მიწათა იონები შემდგომ სელექციურად გამოირეცხება შესაბამისი კომპლექსური აგენტით. სხვა იშვიათ მიწათა ელემენტების მსგავსად, მეტალური ტერბიუმი მიიღება მეტალური კალციუმით უწყლო ქლორიდის ან ფთორიდის აღდგენით. კალციუმის ან ტანტალის მინარევები შეიძლება მოცილდეს ვაკუუმში ხელახალი გალღობით, გამოხდით, ამალგამის წარმოქმნით ან ზონური ლღობით.

გამოყენება

ტერბიუმი გამოიყენება კალციუმის ფთორიდის, კალციუმის ვოლფრამატის და სტრონციუმ მოლიბდენატის შემავსებლად, რომლებიც შემდგომ გამოიყენება მყარი მდგომარეობის მოწყობილობებში და აგრეთვე, როგორც ენერგეტიკული ელემენტის კრისტალური სტაბილიზატორი, რომელიც ოპერირებს მაღალ ტემპერატურაზე ZrO₂-თან ერთად.

ტერბიუმი ასევე გამოიყენება შენადნობებში და ელექტრონული ხელსაწყოების წარმოებაში, როგორც ტერფენოლ-D-ს კომპონენტი. იგი გამოიყენება ამძრავ მექანიზმებში და ხმის დეფექტების სენსორებში.

ტერბიუმი გამოიყენება სამხედრო-საზღვაო ჰიდროლოკატორებში და სენსორებში.

მოპოვებული ტერბიუმის ძირითადი მარაგი გამოიყენება ”მწვანე” ფერის ფოსფორნციული მასალების დასამზადებლად.  ტერბიუმის ოქსიდი არის ძლიერი ფლუორესცენტული ნაერთი და გამოიყენება კინესკოპების მილაკებში. ტერბიუმ ”მწვანე ფოსფორები“  ფლუორესცენცირებენ ყვითელიდან -მომწვანო-ყვითელ ფერში. იგი გამოიყენება ორვალენტიან ევროპიუმის ლურჯი ფლუოროფორებისა  და სამვალენტიანი ევროპიუმის წითელ ფლუოროფერბთან ერთდ ”ტრიქრომატული” ნათების ტექნოლოგიებში და მაღალი წარმადობის სტანდარტული გამოსხივების თეთრი ნათებისათვის (გამოიყენება შიდა განათებისათვის).

მასალა მომზადებულია www.wikipedia.com -ის მიხედვით