Тербияауыр санатқа жатадысирек жер, Жер қыртысындағы аз молшылықпен небәрі 1,1 промилле/мин. Тербия оксиді жалпы сирек жерлердің 0,01%-дан азын құрайды. Құрамында тербийдің ең көп мөлшері бар жоғары иттрий ионды типті ауыр сирек жер рудасының өзінде тербийдің мөлшері жалпы сирек жердің 1,1-1,2%-ын ғана құрайды, бұл оның сирек жер элементтерінің «асыл» санатына жататынын көрсетеді. 1843 жылы тербий ашылғаннан бері 100 жылдан астам уақыт бойы оның тапшылығы мен құндылығы оны практикада қолдануға ұзақ уақыт кедергі болды. Соңғы 30 жылда ғана тербиум өзінің ерекше талантын көрсетті.
Тарихты ашу
Швед химигі Карл Густаф Мосандер 1843 жылы тербийді ашты. Ол оның қоспаларынИтрий (III) оксидіжәнеY2O3. Итриум Швециядағы Йтерби ауылының атымен аталған. Ион алмасу технологиясы пайда болғанға дейін тербий таза күйінде оқшауланбаған.
Мосант алдымен иттрий (III) оксиді үш бөлікке бөлді, барлығы рудалардың атымен аталған: иттрий (III) оксиді,Эрбий (III) оксиді, және тербий оксиді. Тербия оксиді бастапқыда қазір эрбий деп аталатын элементке байланысты қызғылт бөліктен тұрды. «Эрбий (III) оксиді» (қазір біз тербий деп атайтын нәрсені қоса) бастапқыда ерітіндідегі түссіз бөлік болды. Бұл элементтің ерімейтін оксиді қоңыр болып саналады.
Кейінірек жұмысшылар кішкентай түссіз «Эрбий (III) оксидін» әрең байқады, бірақ еритін қызғылт бөлікті елемеуге болмайды. Эрбий (III) оксидінің бар екендігі туралы пікірталастар бірнеше рет туындады. Хаоста бастапқы атау кері бұрылып, атаулардың алмасуы кептелді, сондықтан қызғылт бөлік ақырында құрамында эрбий бар ерітінді ретінде аталды (ерітіндіде ол қызғылт түсті). Қазір натрий бисульфатын немесе калий сульфатын қолданатын жұмысшылар қабылдайды деп есептеледіЦерий (IV) оксидіитрий (III) оксидінен шығып, абайсызда тербийді құрамында церий бар шөгіндіге айналдырады. Итрий (III) оксидіне сарғыш түсті беру үшін қазір «тербий» деп аталатын бастапқы иттрий (III) оксидінің шамамен 1% -ы ғана жеткілікті. Сондықтан тербиум бастапқыда оны қамтитын қосалқы компонент болып табылады және оны жақын көршілері гадолиний және диспрозия басқарады.
Одан кейін бұл қоспадан басқа сирек жер элементтері бөлінген сайын, оксидтің үлесіне қарамастан, тербий атауы ақырында таза күйінде тербийдің қоңыр оксиді алынғанға дейін сақталды. 19 ғасырдағы зерттеушілер ультракүлгін флуоресценция технологиясын ашық сары немесе жасыл түйіндерді (III) байқау үшін пайдаланбады, бұл тербийді қатты қоспаларда немесе ерітінділерде тануды жеңілдетеді.
Электрондық конфигурация
Электрондық конфигурация:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9
Тербийдің электронды конфигурациясы [Xe] 6s24f9. Әдетте, ядро заряды одан әрі иондалу үшін тым үлкен болғанға дейін тек үш электронды алып тастауға болады, бірақ тербий жағдайында жартылай толтырылған тербий төртінші электронның фтор газы сияқты өте күшті тотықтырғыштардың қатысуымен одан әрі иондалуына мүмкіндік береді.
Тербий - пышақпен кесуге болатын икемділігі, қаттылығы және жұмсақтығы бар күміс ақ сирек жер металы. Балқу температурасы 1360 ℃, қайнау температурасы 3123 ℃, тығыздығы 8229 4кг/м3. Ерте лантанидпен салыстырғанда ол ауада салыстырмалы түрде тұрақты. Лантанидтің тоғызыншы элементі ретінде тербий - күшті электр тогы бар металл. Ол сумен әрекеттесіп, сутегі түзеді.
Табиғатта тербий ешқашан бос элемент болып табылған емес, оның аздаған мөлшері фосфоцерий торий құмы мен гадолинитте болады. Тербиум монацит құмында басқа сирек жер элементтерімен қатар өмір сүреді, жалпы құрамында 0,03% тербий бар. Басқа көздер ксенотим және қара сирек алтын кендері болып табылады, олардың екеуі де оксидтердің қоспасы болып табылады және 1% тербийден тұрады.
Қолданба
Тербиумды қолдану негізінен технологияны қажет ететін және білімді қажет ететін озық жобалар болып табылатын жоғары технологиялық өрістерді, сондай-ақ маңызды экономикалық пайдасы бар, даму перспективалары бар жобаларды қамтиды.
Негізгі қолданбалы аймақтарға мыналар жатады:
(1) Аралас сирек металдар түрінде пайдаланылады. Мысалы, сирек жер құрама тыңайтқыш және ауыл шаруашылығына жемдік қоспа ретінде пайдаланылады.
(2) Үш негізгі флуоресцентті ұнтақтағы жасыл ұнтақ үшін активатор. Қазіргі оптоэлектрондық материалдар әр түрлі түстерді синтездеу үшін пайдаланылуы мүмкін үш негізгі люминофор түстерін, атап айтқанда қызыл, жасыл және көкті пайдалануды талап етеді. Ал тербиум көптеген жоғары сапалы жасыл флуоресцентті ұнтақтардың таптырмас компоненті болып табылады.
(3) Магниттік-оптикалық сақтау материалы ретінде пайдаланылады. Аморфты металл тербий өтпелі металл қорытпасынан жасалған жұқа қабықшалар жоғары өнімді магниттік-оптикалық дискілерді жасау үшін пайдаланылды.
(4) Магнитті-оптикалық шыны өндіру. Құрамында тербий бар Фарадей айналмалы шыны лазерлік технологияда ротаторларды, изоляторларды және циркуляторларды өндіруге арналған негізгі материал болып табылады.
(5) Тербиум диспрозиясының ферромагнетостриктивтік қорытпасының (TerFenol) дамуы мен дамуы тербия үшін жаңа қосымшаларды ашты.
Егіншілік пен мал шаруашылығына арналған
Сирек жердегі тербиум белгілі бір концентрация диапазонында дақылдардың сапасын жақсартады және фотосинтез жылдамдығын арттырады. Тербиум кешендері жоғары биологиялық белсенділікке ие. Тербиумның үштік кешендері, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3 · 3H2O, алтын түсті стафилококк, Bacillus subtilis және ішек таяқшаларына жақсы бактерияға қарсы және бактерицидтік әсер етеді. Олардың бактерияға қарсы кең спектрі бар. Мұндай кешендерді зерттеу қазіргі заманғы бактерицидтік препараттарды зерттеудің жаңа бағытын береді.
Люминесценция саласында қолданылады
Қазіргі оптоэлектрондық материалдар әр түрлі түстерді синтездеу үшін пайдаланылуы мүмкін үш негізгі люминофор түстерін, атап айтқанда қызыл, жасыл және көкті пайдалануды талап етеді. Ал тербиум көптеген жоғары сапалы жасыл флуоресцентті ұнтақтардың таптырмас компоненті болып табылады. Егер сирек кездесетін түсті теледидардың қызыл флуоресцентті ұнтағының тууы иттрий мен еуропийге деген сұранысты ынталандырса, онда тербийдің қолданылуы мен дамуы лампаларға арналған сирек жердің үш негізгі түсті жасыл флуоресцентті ұнтағы арқылы ықпал етті. 1980 жылдардың басында Philips әлемдегі бірінші ықшам қуатты үнемдейтін флуоресцентті лампаны ойлап тапты және оны тез арада жаһандық деңгейде насихаттады. Tb3+иондары толқын ұзындығы 545 нм болатын жасыл жарық шығара алады және барлық дерлік сирек жер жасыл люминофорлары активатор ретінде тербийді пайдаланады.
Түрлі-түсті теледидардың катодты сәулелік түтікке (CRT) арналған жасыл фосфор әрқашан арзан және тиімді мырыш сульфидіне негізделген, бірақ тербиум ұнтағы әрқашан Y2SiO5 ∶ Tb3+, Y3 (және Y2SiO5 ∶ Tb3+, Y3) проекциялық түсті теледидар үшін жасыл люминофор ретінде пайдаланылған. Al, Ga) 5O12 ∶ Tb3+және LaOBr ∶ Tb3+. Үлкен экранды жоғары ажыратымдылықты теледидардың (HDTV) дамуымен CRT үшін жоғары өнімді жасыл флуоресцентті ұнтақтар да әзірленуде. Мысалы, жоғары ток тығыздығында тамаша люминесценция тиімділігіне ие Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, LaOCl: Tb3+ және Y2SiO5: Tb3+ тұратын гибридті жасыл флуоресцентті ұнтақ шетелде жасалды.
Дәстүрлі рентгендік флуоресцентті ұнтақ - бұл кальций вольфрамы. 1970 және 1980 жылдары интенсификацияланған экрандар үшін сирек жер люминофорлары жасалды, мысалы, тербий белсендірілген күкірт лантан оксиді, тербий белсендірілген бром лантан оксиді (жасыл экрандар үшін), тербий белсендірілген күкірт итрий (III) оксиді және т.б. сирек жер флуоресцентті ұнтақ азайтуы мүмкін пациенттер үшін рентгендік сәулелену уақытын 80% -ға, рентгендік пленкалардың ажыратымдылығын жақсартуға, рентген түтіктерінің қызмет ету мерзімін ұзартуға және энергия шығынын азайтуға мүмкіндік береді. Тербиум сонымен қатар медициналық рентгендік жақсарту экрандары үшін флуоресцентті ұнтақ активаторы ретінде пайдаланылады, ол рентген сәулелерін оптикалық кескіндерге түрлендірудің сезімталдығын айтарлықтай жақсартады, рентгендік пленкалардың анықтығын жақсартады және рентгендік әсер ету дозасын айтарлықтай төмендетеді. адам ағзасына түсетін сәулелер (50%-дан астам).
Тербиум сонымен қатар жаңа жартылай өткізгішті жарықтандыру үшін көк жарықпен қоздырылған ақ жарықдиодты люминофордағы активатор ретінде пайдаланылады. Оны қоздырғыш жарық көзі ретінде көгілдір жарық шығаратын диодтарды пайдалана отырып, тербиум алюминий магниттік-оптикалық кристалды люминофорларын өндіру үшін пайдалануға болады, ал өндірілген флуоресценция таза ақ жарық алу үшін қозу жарығымен араласады.
Тербийден жасалған электролюминесцентті материалдарға негізінен активатор ретінде тербий қосылған мырыш сульфидті жасыл фосфор кіреді. Ультракүлгін сәулелену кезінде тербидің органикалық кешендері күшті жасыл флуоресценция шығара алады және жұқа қабықшалы электролюминесцентті материалдар ретінде пайдаланылуы мүмкін. Сирек жердің органикалық кешені электролюминесцентті жұқа қабықшаларды зерттеуде айтарлықтай прогреске қол жеткізілгенімен, практикалық тұрғыдан белгілі бір алшақтық бар және сирек жер органикалық кешені электролюминесцентті жұқа қабықшалар мен құрылғыларды зерттеу әлі де тереңде.
Тербийдің флуоресценциялық сипаттамалары флуоресценция зондтары ретінде де қолданылады. Мысалы, Ofloxacin terbium (Tb3+) флуоресценциялық зонд Офлоксацин тербиумы (Tb3+) кешені мен ДНҚ (ДНҚ) арасындағы флуоресценция спектрі мен сіңіру спектрі арқылы өзара әрекеттесуін зерттеу үшін қолданылды, бұл Офлоксацин Tb3+ зондының ДНҚ-мен мольдік байланыс түзе алатынын көрсетеді, және ДНҚ флуоресценцияны айтарлықтай арттыра алады Офлоксацин Tb3+жүйесі. Осы өзгеріс негізінде ДНҚ-ны анықтауға болады.
Магниттік-оптикалық материалдарға арналған
Фарадей эффектісі бар материалдар, сонымен қатар магниттік-оптикалық материалдар ретінде белгілі, лазерлерде және басқа оптикалық құрылғыларда кеңінен қолданылады. Магнитті-оптикалық материалдардың екі кең таралған түрі бар: магниттік-оптикалық кристалдар және магниттік-оптикалық шыны. Олардың ішінде магниттік-оптикалық кристалдар (мысалы, иттрий темір гранаты және тербий галлий гранаты) реттелетін жұмыс жиілігінің және жоғары термиялық тұрақтылықтың артықшылықтарына ие, бірақ олар қымбат және өндірісі қиын. Сонымен қатар, Фарадей айналу бұрышы жоғары көптеген магнито-оптикалық кристалдар қысқа толқын диапазонында жоғары сіңіруге ие, бұл олардың қолданылуын шектейді. Магниттік-оптикалық кристалдармен салыстырғанда, магниттік-оптикалық шыны жоғары өткізгіштіктің артықшылығына ие және үлкен блоктар немесе талшықтар жасау оңай. Қазіргі уақытта Фарадей эффектісі жоғары магниттік-оптикалық көзілдірік негізінен сирек жер иондары легирленген көзілдірік болып табылады.
Магниттік-оптикалық сақтау материалдары үшін қолданылады
Соңғы жылдары мультимедиялық және офистік автоматтандырудың қарқынды дамуымен жаңа сыйымдылығы жоғары магниттік дискілерге сұраныс артуда. Аморфты металл тербий өтпелі металл қорытпалары жоғары өнімді магниттік-оптикалық дискілерді жасау үшін пайдаланылды. Олардың ішінде TbFeCo қорытпасынан жасалған жұқа пленка ең жақсы өнімділікке ие. Тербия негізіндегі магнитті-оптикалық материалдар кең көлемде шығарылды, ал олардан жасалған магнитті-оптикалық дискілер компьютерді сақтау компоненттері ретінде пайдаланылады, сақтау сыйымдылығы 10-15 есе өсті. Олар үлкен сыйымдылық пен жылдам қол жеткізудің артықшылықтарына ие және тығыздығы жоғары оптикалық дискілер үшін пайдаланылған кезде ондаған мың рет сүртіліп, жабыны мүмкін. Олар электрондық ақпаратты сақтау технологиясында маңызды материалдар болып табылады. Көрінетін және жақын инфрақызыл жолақтарда ең жиі қолданылатын магниттік-оптикалық материал - бұл Terbium Gallium Garnet (TGG) монокристалы, ол Фарадей ротаторлары мен изоляторларын жасау үшін ең жақсы магниттік-оптикалық материал болып табылады.
Магниттік-оптикалық шыныға арналған
Фарадей магниттік оптикалық әйнегі көрінетін және инфрақызыл аймақтарда жақсы мөлдірлік пен изотропияға ие және әртүрлі күрделі пішіндерді құра алады. Үлкен өлшемді өнімдерді шығару оңай және оптикалық талшықтарға тартылуы мүмкін. Сондықтан оның магниттік-оптикалық изоляторлар, магниттік-оптикалық модуляторлар және талшықты-оптикалық ток сенсорлары сияқты магниттік-оптикалық құрылғыларда кең қолдану перспективалары бар. Үлкен магниттік моменті мен көрінетін және инфрақызыл диапазондағы жұтылу коэффициенті аз болғандықтан, Tb3+ иондары магниттік оптикалық көзілдіріктерде жиі қолданылатын сирек жер иондарына айналды.
Тербия диспрозиясының ферромагнетикостриктивтік қорытпасы
20 ғасырдың аяғында әлемдік ғылыми-техникалық революцияның тереңдеуімен сирек жердің жаңа қолданбалы материалдары қарқынды түрде пайда болды. 1984 жылы Америка Құрама Штаттарының Айова мемлекеттік университеті, Америка Құрама Штаттарының Энергетика департаментінің Эймс зертханасы және АҚШ әскери-теңіз күштерінің жер үсті қаруларын зерттеу орталығы (кейінірек құрылған American Edge Technology Company (ET REMA) негізгі қызметкерлері) орталық) бірлесіп жаңа сирек кездесетін смарт материалды, атап айтқанда тербий диспрозиялы темір алып магнитостриктивтік материалды әзірледі. Бұл жаңа Smart материал электр энергиясын механикалық энергияға жылдам түрлендірудің тамаша сипаттамаларына ие. Осы алып магнитостриктивтік материалдан жасалған су асты және электроакустикалық түрлендіргіштер теңіз техникасында, мұнай ұңғымаларын анықтау динамиктерінде, шу мен дірілді бақылау жүйелерінде, мұхиттарды барлау және жерасты байланыс жүйелерінде сәтті конфигурацияланды. Сондықтан, тербиум диспрозиялы темір алып магнитострикциялық материал дүниеге келе салысымен, оған дүние жүзіндегі өнеркәсібі дамыған елдер кеңінен назар аударды. Америка Құрама Штаттарындағы Edge Technologies компаниясы 1989 жылы тербиум диспрозиясының темір алып магнитостриктивтік материалдарын шығара бастады және оларды Terfenol D деп атады. Кейіннен Швеция, Жапония, Ресей, Ұлыбритания және Австралия да тербий диспрозиялы темір алып магнитостриктивтік материалдарды әзірледі.
Құрама Штаттардағы бұл материалдың даму тарихынан материалдың ойлап табылуы да, оның ертеректегі монополистік қолданулары да әскери өнеркәсіппен (мысалы, теңіз флоты) тікелей байланысты. Қытайдың әскери және қорғаныс ведомстволары бұл материалды түсінуді біртіндеп нығайтып жатқанымен. Дегенмен, Қытайдың жан-жақты ұлттық қуаты айтарлықтай өскеннен кейін, 21 ғасырдағы әскери бәсекелестік стратегиясын жүзеге асыру және техника деңгейін көтеру талаптары өте өзекті болары сөзсіз. Сондықтан әскери және ұлттық қорғаныс ведомстволарының тербий диспрозиялы темір алып магнитостриктивтік материалдарын кеңінен қолдануы тарихи қажеттілік болмақ.
Қысқаша айтқанда, тербийдің көптеген тамаша қасиеттері оны көптеген функционалдық материалдардың ажырамас мүшесі және кейбір қолдану салаларында алмастырылмайтын орынға айналдырады. Дегенмен, тербийдің жоғары бағасына байланысты адамдар өндіріс шығындарын азайту үшін тербийді пайдаланудан аулақ болу және оны азайту жолын зерттеп жатыр. Мысалы, сирек жер магнитті-оптикалық материалдары да мүмкіндігінше арзан диспрозиялы темір кобальт немесе гадолиний тербий кобальтты пайдалануы керек; Қолданылуы тиіс жасыл флуоресцентті ұнтақтағы тербидің мазмұнын азайтуға тырысыңыз. Баға тербидің кеңінен қолданылуын шектейтін маңызды факторға айналды. Бірақ көптеген функционалдық материалдар онсыз жасай алмайды, сондықтан біз «пышақта жақсы болатты пайдалану» принципін ұстануға және мүмкіндігінше тербийді пайдалануды үнемдеуге тырысуымыз керек.
Жіберу уақыты: 05 шілде 2023 ж