Кіріспе

Тербий – химиялық элемент, символы Tb, атомдық нөмірі 65. Ол күміс түсті ақ, сирек кездесетін, иілгіш және созылатын металл. Тербий – лантаноидтар қатарының тоғызыншы мүшесі. Бұл металл сумен реакцияға түсіп, сутек газын бөліп шығарады. Тербий табиғатта таза күйінде кездеспейді, бірақ церит, гадолинит, моназит, ксенотим және эйксенит сияқты көптеген минералдардың құрамында болады. Швециялық химик Карл Густав Мосандер 1843 жылы тербийді химиялық элемент ретінде ашқан. Ол оны иттрий оксидінің (Y2O3) қоспасы ретінде анықтаған. Иттрий және тербий, сондай-ақ эрбий мен иттербий Швециядағы Йтерби ауылының құрметіне аталған. Ион алмасу технологиясы жетілгенге дейін тербийді таза күйінде бөліп алу мүмкін болмады. Тербий қатты күйдегі құрылғыларда кальций фторидін, кальций вольфраматын және стронций молибдатын қоспа ретінде, сондай-ақ жоғары температурада жұмыс істейтін отын элементтерінің кристалдық тұрақтандырғышы ретінде қолданылады. Тербий, Терфенол D құрамына кіретін (магниттік өріс әсеріне басқа кез келген қорытпадан гөрі көп ұзаратын және жиырылатын қорытпа) актuatorларда, теңіз сонар жүйелерінде және сенсорларда пайдалы. Әлемдегі тербийдің басым бөлігі жасыл люминофорларда қолданылады. Тербий оксиді люминесценттік шамдарда, теледидарлар мен мониторлардың электронды сәулелі түтіктерінде (ЭЛТ) қолданылады. Тербийдің жасыл люминофорлары екі валентті еуропийдің көк люминофорларымен және үш валентті еуропийдің қызыл люминофорларымен біріктіріліп, трихроматты жарықтандыру технологиясын қамтамасыз етеді, бұл үй ішіндегі стандартты жарықтандыру үшін қолданылатын жоғары тиімді ақ жарық.

Физикалық қасиеттері

Тербий – күміс түсті, ақ түсті сирек кездесетін металл, ол икемді, созылатын және пышақпен кесуге жеңіл жұмсақ. Тербий екі кристаллдық аллотроп түрде кездеседі, олардың арасындағы трансформация температурасы 1289 °C-қа тең. Тербий 219 К-тен төмен температурада қарапайым ферромагниттік реттелуге ие. 219 К-тен жоғары температурада ол спираль тәрізді антиферромагниттік күйге өтеді, онда белгілі бір базалық жазықтықтағы барлық атомдық моменттер параллель болып, көрші жазықтықтардың моменттеріне белгілі бір бұрышпен бағытталған. Бұл ерекше антиферромагнетизм 230 К-те ретсіз парамагнетизм күйіне айналады.

Тотықтандыру күйлері

Сирек кездесетін элементтер мен лантаноидтардың көпшілігі сияқты, тербий де әдетте +3 тотығу күйінде табылады. Церий мен празеодимий сияқты, тербий +4 тотығу күйін де қалыптастыра алады, бірақ ол суда тұрақсыз. Дегенмен, тербий 0, +1 және +2 тотығу күйінде де кездесуі мүмкін.

Изотоптар

Табиғи түрде кездесетін тербий тек бір тұрақты изотопынан – тербий-159-дан тұрады; осылайша элемент мононуклидтік және моноизотоптық болып табылады. Тридцать алты радиоизотоп сипатталған, ең ауырсы – тербий-171 (атомдық массасы 170.95330(86) у), ал ең жеңілі – тербий-135 (нақты массасы белгісіз). Тербийдің ең тұрақты синтетикалық радиоизотоптары – тербий-158, жартылай ыдырау мерзімі 180 жыл, және тербий-157, жартылай ыдырау мерзімі 71 жыл. Қалған радиоактивті изотоптардың жартылай ыдырау мерзімі бір жылдың төрттен бір бөлігінен кем, ал олардың көпшілігінің жартылай ыдырау мерзімі жарты минуттан аз. Ең көп таралған тұрақты изотоп – 159Tb алдындағы негізгі ыдырау режимі электронды тұтқындау болып табылады, ол гадолиний изотоптарының түзілуіне әкеледі, ал одан кейінгі негізгі режим – бета-минус ыдырау, нәтижесінде диспрозий изотоптары пайда болады. Элементтің 27 ядролық изомері бар, олардың массалары 141–154, 156 және 158 (әрбір массалық сан бір ғана изомерге сәйкес келмейді). Олардың ішіндегі ең тұрақтылары – тербий-156m, жартылай ыдырау мерзімі 24,4 сағат, және тербий-156m2, жартылай ыдырау мерзімі 22,7 сағат; бұл массалық саны 155–161 болған радиоактивті тербий изотоптарының негізгі күйлерінің жартылай ыдырау мерзімінен ұзақ. Тербий-149, 4,1 сағаттық жартылай ыдырау мерзімімен, мақсатты альфа-терапия және позитрондық эмиссиялық томографиядағы перспективті кандидат болып табылады.

Тарих

Швед химигі Карл Густав Мосандер 1843 жылы тербийді ашқан. Ол оны иттрий оксидінің қоспасы ретінде анықтады, |Y2O3. Иттрий Швециядағы Йтерби ауылының атымен аталған. Ион алмасу техникасы пайда болғанға дейін тербий таза күйде оқшауланбаған. Мосандер алдымен иттрияны үш фракцияға бөлді, олардың барлығы кеннің құрамымен байланысты аталады: иттрия, эрбия және тербия. "Тербия" бастапқыда қазіргі ербий деп танылатын элементтің арқасында қызғылт түс беретін фракция болды. "Эрбия" (қазіргі тербийді қамтитын) бастапқыда ерітіндіде түссіз болатын фракция еді. Бұл элементтің ерімейтін оксидінің түсі қоңырға тартатын еді. Кейінгі зерттеушілерге аздаған мөлшердегі түссіз "ербияны" байқау қиын болды, бірақ еріген қызғылт фракцияны байқамау мүмкін емес еді. Эрбияның бар-жоғы туралы пікірталас жүрді. Аталған аттар шатасып, орны ауыстырылып, нәтижесінде қызғылт фракция ербиумды қамтитын ерітіндіге (ерітіндідегі қызғылт түсімен) сіңіп кетті. Қазіргі кезде, иттриядан церийді алу үшін қос натрий немесе калий сульфатын қолданған зерттеушілер тербийді церийлі тұнбаға кездейсоқ жоғалтқан деп есептеледі. Қазіргі тербий бастапқы иттрияның шамамен 1% құрады, бірақ осының өзі иттрий оксидіне сарғыш түс беруге жеткілікті болды. Осылайша, тербий оны қамтитын бастапқы фракциядағы шағын компонент болды, онда оның тікелей жақын тұрғандары – гадолиний мен диспрозий басымдық танытты. Содан кейін, басқа сирек кездесетін элементтер осы қоспадан бөлінген кезде, қоңыр оксид беретін фракция тербий атауын сақтап қалды, және соңында тербийдің қоңыр оксиді таза күйде алынды. 19 ғасырғы зерттеушілерде тербийді қатты қоспалар мен ерітінділерде анықтауды жеңілдететін сары немесе жасыл түсті Tb(III) флуоресценциясын байқауға мүмкіндік беретін УФ-флуоресценция технологиясы болған жоқ.

Пайда болуы

Тербий көптеген минералдарда, оның ішінде моназитте (Ce,La,Th,Nd,Y)PO4 құрамында 0,03%-ға дейін тербиймен), ксенотимде (YPO4) және эузенитте (Y,Ca,Er,La,Ce,U,Th)(Nb,Ta,Ti)2O6 құрамында 1% немесе одан да көп тербиймен) кездеседі. Тербийдің Жер қыртысындағы мөлшері 1,2 мг/кг деп есептеледі. Тербийге толыққанды жататын минерал әлі табылмаған. Қазіргі уақытта тербийдің ең ірі коммерциялық көздері – Оңтүстік Қытайдың иондық сіңіру балшықтары; салмағы бойынша екі үшін бір бөлігі иттрий оксидінен тұратын концентраттарда шамамен 1% тербий бар. Тербийдің шағын мөлшері бастназит пен моназитте де кездеседі; оларды еріткіш арқылы экстракциялау арқылы өңдеу кезінде құнды ауыр лантанидтерді – самар, еуропий, гадолиний концентратын алу үшін пайдаланғанда, тербий де бірге алынады. Бастназит иондық сіңіру балшықтарына қарағанда көп мөлшерде өңделгендіктен, әлемдегі тербийдің маңызды бөлігі бастназиттен түседі.

Өндіріс

Тербиумды құрайтын минералдар ыстық, концентрацияланған күкірт қышқылымен өңделеді, нәтижесінде сирек кездесетін жерлердің суда еритін сульфаттары түзіледі. Қышқыл сүзгілер каустикалық содамен pH 3–4 дейін жартылай бейтараптандырылады. Торий ерітіндіден гидроксид түрінде тұнбаланып, бөлініп алынады. Содан кейін ерітінді аммоний оксалатымен өңделеді, бұл сирек кездесетін жерлерді ерімейтін оксалаттарына айналдырады. Оксалаттар қыздыру арқылы оксидтерге айналдырылады. Оксидтер азот қышқылында ерітіледі, бұл басты компоненттердің бірі – церийді алып тастайды, өйткені оның оксиді HNO3-та ерімейді. Тербий аммоний нитратымен қосылып, кристалдану арқылы бөлінеді. Тербий қорытпаларда және электрондық құрылғыларды өндіруде де қолданылады. Терфенол D құрамында тербий актуаторларда, теңіз сонар жүйелерінде, сенсорларда, SoundBug құрылғысында (оның алғашқы коммерциялық қолданылуы) және басқа да магнитомеханикалық құрылғыларда қолданылады. Терфенол D – магнит өрісі әсеріне түскенде кеңейетін немесе жиырылатын тербий қорытпасы. Ол кез келген қорытпаның ең жоғары магниттік тартылымына ие. Тербий оксиді флуоресцентті шамдар мен түсті теледидар түтікшелеріндегі жасыл люминофорларда қолданылады. Натрий тербиум бораты қатты күйдегі құрылғыларда қолданылады. Күшті люминесценция тербийді биохимияда зонд ретінде пайдалануға мүмкіндік береді, онда ол қасиеттерімен кальцийге ұқсас. Тербийдің "жасыл" люминофорлары (күшті лимон-сары түсте жарқырайтын) еківалентті европийдің көк люминофорларымен және үшвалентті европийдің қызыл люминофорларымен біріктіріліп, трихроматикалық жарықтандыру технологиясын қамтамасыз етеді, бұл әлемдегі тербийдің ең ірі тұтынушысы болып табылады. Трихроматикалық жарықтандыру, берілген электр энергиясы мөлшеріне шаққанда, қыздыру жарықтандыруға қарағанда әлдеқайда жоғары жарық шығаруды қамтамасыз етеді. 2023 жылы тербий қосылыстары бір темір (Fe) атомы бар тор құру үшін қолданылды, содан кейін синхротронмен рентген сәулесімен зерттелді, алғаш рет субатомдық деңгейде бір атомды зерттеуге мүмкіндік берді.

Сақтық шаралары

Тербийдің уыттылығы туралы көп мәлімет жоқ. Тербийді, басқа лантаноидтар сияқты, сақтап пайдалану қажет.