Terbio
Antecedentes
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| Terbio | ||||||||||||||||||||||||||||
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65 Tb | ||||||||||||||||||||||||||||
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| Apariencia | ||||||||||||||||||||||||||||
blanco plateado  | ||||||||||||||||||||||||||||
| Propiedades generales | ||||||||||||||||||||||||||||
| Nombre, símbolo, número | terbio, Tb, 65 | |||||||||||||||||||||||||||
| Pronunciación | / t ɜr b yo ə m / TUR -bee-əm | |||||||||||||||||||||||||||
| Categoría Elemento | lantánidos | |||||||||||||||||||||||||||
| Grupo, período, bloque | n / a, 6, F | |||||||||||||||||||||||||||
| Peso atómico estándar | 158.92535 | |||||||||||||||||||||||||||
| Configuración electrónica | [ Xe ] 4f 9 6s 2 2, 8, 18, 27, 8, 2  | |||||||||||||||||||||||||||
| Historia | ||||||||||||||||||||||||||||
| Descubrimiento | Carl Gustaf Mosander (1842) | |||||||||||||||||||||||||||
| Primer aislamiento | Carl Gustaf Mosander (1842) | |||||||||||||||||||||||||||
| Propiedades físicas | ||||||||||||||||||||||||||||
| Fase | sólido | |||||||||||||||||||||||||||
| Densidad (cerca rt) | 8,23 g · cm -3 | |||||||||||||||||||||||||||
| Líquido densidad en mp | 7,65 g · cm -3 | |||||||||||||||||||||||||||
| Punto de fusion | 1629 K , 1356 ° C, 2473 ° F | |||||||||||||||||||||||||||
| Punto de ebullicion | 3503 K, 3230 ° C, 5846 ° F | |||||||||||||||||||||||||||
| Calor de fusión | 10.15 kJ · mol -1 | |||||||||||||||||||||||||||
| El calor de vaporización | 293 kJ · mol -1 | |||||||||||||||||||||||||||
| Capacidad calorífica molar | 28.91 J · mol -1 · K -1 | |||||||||||||||||||||||||||
| Presión del vapor | ||||||||||||||||||||||||||||
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| Propiedades atómicas | ||||||||||||||||||||||||||||
| Estados de oxidación | 4, 3, 2, 1 (Débilmente óxido básico) | |||||||||||||||||||||||||||
| Electronegatividad | ? 1,2 (escala de Pauling) | |||||||||||||||||||||||||||
| Energías de ionización | Primero: 565.8 kJ · mol -1 | |||||||||||||||||||||||||||
| Segundo: 1110 kJ · mol -1 | ||||||||||||||||||||||||||||
| Tercero: 2114 kJ · mol -1 | ||||||||||||||||||||||||||||
| Radio atómico | 177 pm | |||||||||||||||||||||||||||
| Radio covalente | 194 ± 17:00 | |||||||||||||||||||||||||||
| Miscelánea | ||||||||||||||||||||||||||||
| Estructura cristalina | hexagonal compacta  | |||||||||||||||||||||||||||
| Ordenamiento magnético | paramagnético a 300 K | |||||||||||||||||||||||||||
| La resistividad eléctrica | ( rt) (α, poli) 1,150 μΩ · m | |||||||||||||||||||||||||||
| Conductividad térmica | 11.1 W · m -1 · K -1 | |||||||||||||||||||||||||||
| Expansión térmica | ( rt) (α, poli) 10,3 m / (m · K) | |||||||||||||||||||||||||||
| Velocidad del sonido (varilla delgada) | (20 ° C) 2620 m · s -1 | |||||||||||||||||||||||||||
| El módulo de Young | (Forma α) 55,7 GPa | |||||||||||||||||||||||||||
| Módulo de corte | (Forma α) 22,1 GPa | |||||||||||||||||||||||||||
| Módulo de volumen | (Forma α) 38,7 GPa | |||||||||||||||||||||||||||
| Relación de Poisson | (Forma α) 0,261 | |||||||||||||||||||||||||||
| Dureza Vickers | 863 MPa | |||||||||||||||||||||||||||
| Dureza Brinell | 677 MPa | |||||||||||||||||||||||||||
| Número de registro del CAS | 7440-27-9 | |||||||||||||||||||||||||||
| La mayoría de los isótopos estables | ||||||||||||||||||||||||||||
| Artículo principal: Los isótopos de terbio | ||||||||||||||||||||||||||||
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Terbio es un elemento químico con el símbolo Tb y número atómico 65. Se trata de un blanco plateado de tierras raras de metal que es maleable, dúctil y lo suficientemente suave para ser cortadas con un cuchillo. Terbio nunca se encuentra en la naturaleza como elemento libre, pero se encuentra en una variedad de minerales , incluyendo cerite, gadolinita, monacita, xenotima y euxenite.
Terbio se utiliza para droga fluoruro de calcio, calcio tungstato y estroncio molibdato, los materiales que se utilizan en dispositivos de estado sólido, y como estabilizador de cristal pilas de combustible que funcionan a temperaturas elevadas. Como un componente de Terfenol-D (una aleación que se expande y contrae cuando se expone a campos magnéticos más que cualquier otra aleación), terbio es de uso en actuadores, en naval sistemas de sonar y en sensores.
La mayor parte de la oferta terbio del mundo se utiliza en fósforos verdes. Terbio óxido es en lámparas y tubos de televisión fluorescente. Terbio verde fósforos se combinan con divalente europio fósforos azules y europio trivalente fósforos de color rojo para proporcionar "tricromática" tecnología de iluminación, una luz blanca de alta eficiencia utilizadas para la iluminación estándar en la iluminación de interiores.
Características
Propiedades físicas
Terbio es un blanco plateado de tierras raras de metal que es maleable, dúctil y lo suficientemente suave para ser cortadas con un cuchillo. Es relativamente estable en el aire en comparación con otros lantánidos. Terbio existe en dos de cristal alótropos con una temperatura de transformación de 1.289 ° C entre ellos.
El terbio (III) catión es brillantemente fluorescente, en un brillante color amarillo limón que es el resultado de un fuerte verde línea de emisión en combinación con otras líneas en el naranja y el rojo. La yttrofluorite variedad del mineral fluorita debe su fluorescencia de color amarillo cremoso, en parte, a terbio. Terbio se oxida fácilmente, y por lo tanto se utiliza en su forma elemental específicamente para la investigación. Soltero átomos Tb se han aislado por implantarlos en moléculas de fullereno.
Terbio tiene un sencillo ordenamiento ferromagnético a temperaturas inferiores a 219 K. Por encima de 219 K, se convierte en un helicoidal Estado antiferromagnética en el que todos los momentos atómicos en una determinada capa de plano basal son paralelas, y se orienta en un ángulo fijo a los momentos de capas adyacentes. Esta inusual antiferromagnetismo transforma en una desordenada estado paramagnético a 230 K.
Propiedades químicas
El estado de valencia más común de terbio es 3, como en Tb 2 O 3. El estado 4 es conocido en TbO 2 y 4 TBF. Terbio quema fácilmente para formar una mezcla de terbio (III, IV) óxido de:
- 8 Tb + 7 O 2 → 2 Tb 4 O 7
En solución, formularios terbio sólo iones trivalentes. Terbio es muy electropositivo y reacciona lentamente con el agua fría y bastante rápidamente con agua caliente para formar hidróxido de terbio:
- 2 Tb + 6 H 2 O → 2 Tb (OH) 3 + 3 H 2 ↑
Terbio de metal reacciona con todos los halógenos, formando trihaluros blanco:
Terbio se disuelve fácilmente en diluida de ácido sulfúrico para formar soluciones que contienen el terbio rosa pálido (III) iones, que existen como un [Tb (OH 2) 9] 3+ complejos:
- 2 Tb (s) + 3 H 2 SO 4 → 2 Tb 3+ + 3 SO 2-
4 + 3 H 2 ↑
Compuestos
Terbio combina con nitrógeno, carbono, azufre, fósforo, boro, selenio, silicio y arsénico a temperaturas elevadas, formando diversos compuestos binarios tales como TBH 2, TBH 3, TbB 2, Tb 2 S 3, TbSe, TbTe y TbN. En aquellos compuestos, Tb exhiben principalmente estados de oxidación 3 y 2 veces. Terbio (II) se obtienen por halogenuros de recocido de Tb (III) en presencia de halogenuros metálicos Tb en recipientes de tantalio. Terbio también forma sesquicloruro de Tb 2 Cl 3, que se puede reducir aún más a TBCL por recocido a 800 ° C. Este terbio (I) de cloruro de formularios plaquetas con estructura de tipo grafito en capas.
Otros compuestos incluyen
- Cloruros: TBCL 3
- Bromuros: TBBR 3
- Yoduros: TBI 3
- Fluoruros: TBF 3, TBF 4
Terbio (IV) el fluoruro es un agente de fluoración fuerte, emitiendo atómico de flúor relativamente puro cuando se calienta en lugar de la mezcla de vapores de fluoruro emitidos desde cancha de tiro 3 o 4 CEF.
Isótopos
Naturalmente terbio ocurra se compone de su único estable isótopo , terbio-159; el elemento se llama así mononuclidic y monoisotópico. 36 radioisótopos se han caracterizado, con el ser más pesado terbio-171 (con masa atómica de 170.95330 (86) u) y más ligero ser terbio-135 (exacto desconocido masa). El más estable radioisótopo sintética de terbio son terbio-158, con una vida media de 180 años, y terbio-157, con una vida media de 71 años. Todos los restantes isótopos radiactivos tienen vidas medias que están muy por menos de un cuarto de un año, y la mayoría de ellos tienen vidas medias que son menos de la mitad de un minuto. El primario modo de decaimiento antes del isótopo estable más abundante, 159 Tb, es captura de electrones, lo que resulta en la producción de gadolinio isótopos, y el modo primario después de que se decaimiento menos beta, lo que resulta en disprosio isótopos.
El elemento también tiene 27 isómeros nucleares, con masas de 141-154, 156, y 158 (no todos los número de masa corresponde a un solo isómero). El más estable de ellos son terbio-156m, con una semivida de 24,4 horas y terbio-156m2, con una vida media de 22,7 horas; este es más largo que la vida media de la mayoría de los estados fundamentales de los isótopos radiactivos terbio, excepto sólo aquellos con números de masa 155-161.
Historia
Terbio fue descubierto en 1843 por el sueco químico Carl Gustaf Mosander, quien lo detectó como impureza en Óxido de itrio, Y 2 O 3, y el nombre de la aldea Ytterby en Suecia . No se aisló en forma pura hasta la reciente advenimiento de técnicas de intercambio iónico.
Cuando Mosander primera particionado "itrio" en tres fracciones, "terbia" fue la fracción que contenía el color rosa (debido a lo que hoy se conoce como erbio), y "erbia" fue la fracción que era esencialmente incoloro en solución, pero dio un óxido marrón-teñida. Trabajadores posteriores tenían dificultad en la observación de este último, pero la fracción rosa era imposible perderse. Los argumentos iban y venían sobre si "erbia" existía. En la confusión, los nombres originales consiguieron invertidos, y el intercambio de nombres pegados. Ahora se piensa que los trabajadores que utilizan el doble de sodio o sulfatos de potasio para eliminar "ceria" de "itrio" inadvertidamente perdido el contenido terbio del sistema en el precipitado que contiene óxido de cerio. En cualquier caso, lo que se conoce ahora como terbio fue sólo el 1% de la itria original, pero eso fue suficiente para impartir un color amarillento al óxido. Por lo tanto, terbio era un componente menor en la fracción terbio original, dominada por su vecinos inmediatos, gadolinio y disprosio . A partir de entonces, cada vez que otras tierras raras fueron objeto de burlas aparte de esta mezcla, lo que dio la fracción de óxido marrón retuvo el nombre terbio, hasta que por fin era puro. Los investigadores del siglo 19 no tenían el beneficio de la tecnología de fluorescencia, con que para observar la fluorescencia brillante que habría hecho que este elemento mucho más fácil de rastrear en mezclas.
Aparición
Terbio nunca se encuentra en la naturaleza por sí misma, pero está contenida junto con otros elementos de tierras raras en muchos minerales, incluyendo monacita ((Ce, La, Th, Nd, Y) PO 4 con un máximo de 0,03% terbio), xenotima (YPO 4) y euxenite ((Y, Ca, Er, La, Ce, U, Th) (Nb, Ta, Ti) 2 O 6 con 1% o más terbio). La abundancia corteza de terbio se estima como 1,2 mg / kg.
Actualmente, las fuentes comerciales más ricas de terbio son los iones de adsorción arcillas de sur de China; los concentrados con aproximadamente dos tercios de óxido de itrio en peso tienen aproximadamente 1% terbia. Pequeñas cantidades de terbio se producen en bastnäsite y monacita; cuando éstos se procesan por extracción con disolvente para recuperar los valiosos lantánidos pesados como samario - europio - gadolinio concentrado, terbio se recupera en el mismo. Debido a los grandes volúmenes de bastnäsite procesados en relación con las arcillas de iones de adsorción, una proporción significativa de suministro de terbio del mundo proviene de bastnäsite.
Producción
Minerales que contienen terbio-trituradas son tratados con concentrado caliente de ácido sulfúrico para producir sulfatos de solubles en agua de tierras raras. Los filtrados ácidos se neutralizan parcialmente con sosa cáustica a pH 3-4. El torio precipita de la solución como hidróxido y se retira. Después de que la solución se trata con oxalato de amonio para convertir tierras raras en su insoluble oxalatos. Los oxalatos se convierten en óxidos mediante recocido. Los óxidos se disuelven en ácido nítrico que excluye a uno de los componentes principales, cerio, óxido de cuya es insoluble en HNO 3. Terbio se separa como una sal doble con nitrato de amonio por cristalización.
La rutina de separación más eficiente para la sal terbio de la solución de sal de tierra rara es intercambio iónico. En este proceso, los iones de tierras raras son absorbidos en la resina de intercambio iónico adecuada por intercambio con hidrógeno, amonio o iones cúpricos presentes en la resina. Los iones de tierras raras se lavan a continuación selectivamente a cabo por el agente complejante adecuado. Al igual que con otras tierras raras, terbio de metal se produce mediante la reducción del cloruro o fluoruro anhidro con calcio metal. De calcio y de tantalio impurezas pueden ser eliminadas por refusión de vacío, destilación, la formación de amalgama o fusión por zonas.
Aplicaciones
Terbio se utiliza como una Dopante en fluoruro de calcio, calcio tungstato y estroncio molibdato, los materiales que se utilizan en dispositivos de estado sólido, y como estabilizador de cristal pilas de combustible que funcionan a temperaturas elevadas, junto con ZrO 2.
Terbio también se utiliza en aleaciones y en la producción de dispositivos electrónicos. Como un componente de Terfenol-D, terbio es de uso en actuadores, en naval sistemas de sonar, sensores, en el Dispositivo Soundbug (su primera aplicación comercial), y otros dispositivos magnetomecánicos. Terfenol-D es una aleación que se expande o contrae en la presencia de un campo magnético. Tiene el mayor magnetostricción de cualquier aleación.
Terbio óxido se utiliza en verde fósforos en tubos de lámparas fluorescentes y televisión en color. Sodio terbio borato se utiliza en dispositivos de estado sólido. La brillante fluorescencia permite terbio para ser utilizado como una sonda en bioquímica, donde se asemeja algo de calcio en su comportamiento. Terbio fósforos "verdes" (que dan una fluorescencia brillante amarillo limón) se combinan con europio bivalente fósforos azules y europio trivalente fósforos de color rojo para proporcionar la " tricromática "La tecnología de la iluminación que es de lejos el mayor consumidor de suministro terbio del mundo. iluminación Tricromático ofrece mucho mayor salida de luz para una determinada cantidad de energía eléctrica que hace iluminación incandescente.
Precauciones
Como con los otros lantánidos , terbio compuestos son de baja toxicidad a moderada, aunque su toxicidad no se ha investigado en detalle. Terbio no ha conocido papel biológico.
