อ่าน 19 นาที
เทอร์เบียม
เทอร์เบียมเป็นธาตุเคมีมีสัญลักษณ์Tbและเลขอะตอม 65 เป็นโลหะหายากสีเงินขาว อ่อนตัว และยืดหยุ่นได้ดี เป็นสมาชิกลำดับที่เก้าของ อนุกรม แลนทานัมเทอร์เบียมเป็น โลหะที่มี ประจุบวก...
เทอร์เบียม
 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| เทอร์เบียม | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| การออกเสียง | / ˈ t ɜːr b i ə m /ⓘ ( TUR -bee-əm ) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| รูปร่าง | สีขาวเงิน | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| น้ำหนักอะตอมมาตรฐานA r °(Tb) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| เทอร์เบียมในตารางธาตุ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| เลขอะตอม( Z ) | 65 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| กลุ่ม | กลุ่ม f-block (ไม่มีหมายเลข) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ระยะเวลา | คาบเรียนที่ 6 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ปิดกั้น | บล็อก f | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| การจัดเรียงอิเล็กตรอน | [ Xe ] 4f 9 6s 2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| อิเล็กตรอนต่อเปลือก | 2, 8, 18, 27, 8, 2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| คุณสมบัติทางกายภาพ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| เฟสที่ STP | แข็ง | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| จุดหลอมเหลว | 1629 เคลวิน (1356 องศาเซลเซียส, 2473 องศาฟาเรนไฮต์) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| จุดเดือด | 3396 เคลวิน (3123 องศาเซลเซียส, 5653 องศาฟาเรนไฮต์) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ความหนาแน่น(ที่อุณหภูมิ 20°C) | 8.229 กรัม/ซม³ [ 3 ] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| เมื่อเป็นของเหลว (ที่ อุณหภูมิหลอมเหลว ) | 7.65 กรัม/ซม³ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ความร้อนของการหลอมเหลว | 10.15 กิโลจูล/โมล | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ความร้อนของการระเหย | 391 กิโลจูล/โมล | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ความจุความร้อนโมลาร์ | 28.91 จูล/(โมล·เคลวิน) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ความจุความร้อนจำเพาะ | 181.904 จูล/(กก.·เคลวิน) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ความดันไอ
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| คุณสมบัติของอะตอม | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| สถานะออกซิเดชัน | ทั่วไป: +3 0, [ 4 ] +1, [ 5 ] +2, [ 6 ] +4 [ 7 ] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตี | ระดับของพอลลิง: 1.2 (?) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| พลังงานไอออนไนเซชัน |
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| รัศมีอะตอม | เชิงประจักษ์: 177 น. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| รัศมีโควาเลนต์ | 194±5 น. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| คุณสมบัติอื่นๆ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ | ดั้งเดิม | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| โครงสร้างผลึก | โครงสร้างผลึก แบบหกเหลี่ยม(hcp) ( hP2 ) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ค่าคงที่แลตติส |  | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| การขยายตัวทางความร้อน | ที่ อุณหภูมิห้องโพลีเมอ ร์ : 10.3 µm/(m⋅K) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| การนำความร้อน | 11.1 วัตต์/(เมตร⋅เคลวิน) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ความต้านทานไฟฟ้า | α, โพลีเมอร์: 1.150 µΩ⋅m (ที่อุณหภูมิห้อง ) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| การจัดเรียงแม่เหล็ก | พาราแมกเนติกที่อุณหภูมิ 300 K | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ความไวต่อสนามแม่เหล็กโมลาร์ | +146 000 × 10 −6 ซม. 3 /โมล (273 K) [ 8 ] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| โมดูลัสของยัง | 55.7 จีพีเอ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| โมดูลัสเฉือน | 22.1 จีพีเอ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| โมดูลัสปริมาตร | 38.7 จีพีเอ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ความเร็วเสียงแท่งบาง | 2620 เมตร/วินาที (ที่อุณหภูมิ 20 องศาเซลเซียส) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| อัตราส่วนปัวซอง | 0.261 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ความแข็งแบบวิคเกอร์ส | 450–865 เมกะปาสคาล | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ความแข็งบริเนลล์ | 675–1200 เมกะปาสคาล | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| หมายเลข CAS | 7440-27-9 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ประวัติศาสตร์ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| การตั้งชื่อ | หลังจากเมือง Ytterby (สวีเดน) ซึ่งเป็นสถานที่ขุดพบแร่ชนิดนี้ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| การค้นพบและการแยกครั้งแรก | คาร์ล กุสตาฟ โมซานเดอร์ (1843) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ไอโซโทปของเทอร์เบียม | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
เทอร์เบียมเป็นธาตุเคมีมีสัญลักษณ์Tbและเลขอะตอม 65 เป็นโลหะหายากสีเงินขาว อ่อนตัว และยืดหยุ่นได้ดี เป็นสมาชิกลำดับที่เก้าของ อนุกรม แลนทานัมเทอร์เบียมเป็น โลหะที่มี ประจุบวก ค่อนข้างสูง ทำปฏิกิริยากับน้ำและปล่อย ก๊าซ ไฮโดรเจน ออกมา เทอร์เบียมไม่พบในธรรมชาติในรูปของธาตุอิสระ แต่เป็นส่วนประกอบในแร่ธาตุ หลายชนิด เช่นเซไรต์กาโดลินไนต์โมนาไซต์ซีโนไทม์และยูซีไนต์
คา ร์ล กุสตาฟ โมซานเดอร์นักเคมีชาวสวีเดนค้นพบธาตุเทอร์เบียมในปี ค.ศ. 1843 โดยตรวจพบว่าเป็นสิ่งเจือปนในอิตเทรียมออกไซด์ ( Y₂O₃ ) อิตเทรียมและเทอร์เบียม รวมถึงเออร์เบียมและอิตเตอร์เบียมได้รับการตั้งชื่อตามหมู่บ้านอิตเตอร์บี ในประเทศสวีเดน เทอร์เบียมไม่สามารถแยกออกมาในรูปบริสุทธิ์ ได้จนกระทั่งมีการพัฒนาเทคนิค การแลกเปลี่ยนไอออน
เทอร์เบียมถูกนำมาใช้เป็นสารเจือปน ใน แคลเซียมฟลูออไรด์แคลเซียมทังสเตตและสตรอนเทียมโม ลิบเดต ในอุปกรณ์โซลิดสเตตและใช้เป็นสารช่วยคงสภาพผลึกในเซลล์เชื้อเพลิงที่ทำงานที่อุณหภูมิสูง นอกจากนี้ ในฐานะที่เป็นส่วนประกอบของเทอร์ฟีนอล-ดี (โลหะผสมที่ขยายและหดตัวเมื่อสัมผัสกับสนามแม่เหล็กมากกว่าโลหะผสมอื่นๆ) เทอร์เบียมยังถูกนำไปใช้ในแอคทู เอเตอร์ ระบบโซนาร์ของกองทัพเรือ และ เซ็นเซอร์เทอร์เบียมถือว่าไม่เป็นอันตราย แม้ว่าบทบาททางชีวภาพและความเป็นพิษของมันยังไม่ได้รับการวิจัยอย่างละเอียดก็ตาม
เทอร์เบียมส่วนใหญ่ของโลกถูกนำไปใช้ในสารเรืองแสง สีเขียว เทอร์เบียมออกไซด์ใช้ในหลอดไฟฟลูออเรสเซนต์และหลอดภาพ CRT (โทรทัศน์และจอภาพ) สารเรืองแสงสีเขียวเทอร์เบียมถูกผสมกับ สารเรืองแสงสีน้ำเงิน ยูโร เปียมสองวาเลน ต์และสารเรืองแสงสีแดงยูโรเปียมสามวาเลนต์ เพื่อให้ได้ เทคโนโลยีแสงสว่าง แบบไตรสีซึ่งเป็นแสงสีขาวประสิทธิภาพสูงที่ใช้ในแสงสว่างภายในอาคาร
ลักษณะเฉพาะ
คุณสมบัติทางกายภาพ
เทอร์เบียมเป็น โลหะหายาก สีเงินขาวที่อ่อนตัวยืดหยุ่นและอ่อนนุ่มพอที่จะตัดได้ด้วยมีด[ 10 ]มันค่อนข้างเสถียรในอากาศเมื่อเทียบกับแลนทานอยด์ที่มีปฏิกิริยามากกว่าในครึ่งแรกของอนุกรมแลนทานอยด์ [ 11 ] เทอร์เบียมมีอยู่ในรูปผลึก สองแบบ ที่มีอุณหภูมิการเปลี่ยนรูป 1289 °C ระหว่างกัน[ 10 ]อิเล็กตรอน 65 ตัวของอะตอมเทอร์เบียมเรียงตัวอยู่ในโครงสร้างอิเล็กตรอน [Xe]4f 9 6s 2อิเล็กตรอน 4f และ 6s จำนวน 11 ตัวเป็นอิเล็กตรอนวาเลนซ์สามารถกำจัดอิเล็กตรอนได้เพียง 3 ตัวก่อนที่ประจุของนิวเคลียสจะมากเกินไปจนไม่สามารถเกิดการแตกตัวเป็นไอออนได้ อีกต่อไป แต่ในกรณีของเทอร์เบียม ความเสถียรของโครงสร้าง [Xe]4f 7ที่บรรจุครึ่งหนึ่งช่วยให้สามารถแตกตัวเป็นไอออนของอิเล็กตรอนตัวที่สี่ได้เมื่อมีสารออกซิไดซ์ที่รุนแรงมาก เช่นก๊าซฟลูออรีน[ 10 ]
ไอออนเทอร์เบียม(III) (Tb 3+ ) เรืองแสงได้ อย่างสว่างไสว มีสีเหลืองมะนาวสดใส ซึ่งเป็นผลมาจากเส้นการปล่อยแสง สีเขียวที่เข้มข้น ร่วมกับเส้นอื่นๆ ในสีส้มและสีแดง แร่ฟลูออไรต์ชนิดอิตโตรฟลูออไรต์มีสีเหลืองครีมเรืองแสง ซึ่งส่วนหนึ่งเป็นผลมาจากเทอร์เบียม เทอร์เบียมออกซิไดซ์ได้ง่าย ดังนั้นจึงใช้ในรูปธาตุบริสุทธิ์สำหรับการวิจัยโดยเฉพาะ อะตอมของเทอร์เบียมเดี่ยวๆ ได้รับการแยกออกมาโดยการฝังลงในโมเลกุลฟูลเลอรีน ไอออนยูโร เปียมไตรวาเลนต์ (Eu 3+ ) และ Tb 3+เป็นหนึ่งในไอออนแลนทานัมที่ได้รับความสนใจมากที่สุดเนื่องจากความสว่างสูงและความบริสุทธิ์ของสีที่ดีเยี่ยม[ 12 ] [ 13 ]
เทอร์เบียมมี การเรียงตัวแบบ เฟอร์โรแมกเนติก อย่างง่าย ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 219 K เหนือ 219 K มันจะเปลี่ยนเป็น สถานะ แอนติเฟอร์โรแมกเนติกแบบเกลียวซึ่งโมเมนต์อะตอมทั้งหมดใน ชั้น ระนาบฐาน เฉพาะจะขนานและวางตัวในมุมคงที่กับโมเมนต์ของชั้นที่อยู่ติดกัน แอนติเฟอร์โรแมกเนติซึมนี้จะเปลี่ยนเป็นสถานะ พาราแมกเนติกที่ไม่เป็นระเบียบที่ 230 K [ 14 ]
คุณสมบัติทางเคมี
โลหะเทอร์เบียมเป็น ธาตุ ที่มีประจุบวกและจะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันเมื่ออยู่ในสภาวะที่มีกรดส่วนใหญ่ (เช่นกรดซัลฟิวริก ) ฮาโลเจนทั้งหมดและน้ำ[ 15 ]
- 2 Tb (s) + 3 H 2 SO 4 → 2 Tb 3+ + 3 SO2−4+ 3 H 2 ↑
- 2 Tb + 3 X 2 → 2 TbX 3 (X = F , Cl , Br , I )
- 2 Tb (s) + 6 H 2 O → 2 Tb(OH) 3 + 3 H 2 ↑
เทอร์เบียมจะออกซิไดซ์ได้ง่ายในอากาศเพื่อสร้างเทอร์เบียม(III,IV) ออกไซด์ ผสม : [ 15 ]
- 8 Tb + 7 O 2 → 2 Tb 4 O 7
สถานะออกซิเดชันที่พบได้บ่อยที่สุดของเทอร์เบียมคือ +3 (ไตรวาเลนต์) เช่นในTbCl3ในสถานะของแข็ง เทอร์เบียมที่มีวาเลนซี 4 ก็เป็นที่รู้จักกันดีในสารประกอบต่างๆ เช่น เทอร์เบียมออกไซด์ ( TbO2 ) และเทอร์เบียมเตตระฟลูออไรด์[ 16 ] ในสารละลาย เทอร์เบียมมักจะก่อตัวเป็นสปีชีส์ที่มีวาเลนซี 3แต่สามารถถูกออกซิไดซ์เป็นสถานะที่มีวาเลนซี 4 ได้ด้วยโอโซนในสภาวะที่เป็นด่างสูงในน้ำ[ 17 ]
เคมีเชิง การประสานงานและออร์กาโนเมทัลลิกของเทอร์เบียมนั้นคล้ายคลึงกับแลนทานอยด์อื่นๆ ในสภาวะที่เป็นน้ำ เทอร์เบียมสามารถประสานงานกับ โมเลกุล น้ำได้ เก้า โมเลกุล ซึ่งจัดเรียงอยู่ในรูปทรงเรขาคณิตโมเลกุลแบบปริซึมสามเหลี่ยมปิดสาม ด้าน [ 18 ]นอกจากนี้ยังพบสารประกอบเชิงซ้อนของเทอร์เบียมที่มีเลขการประสานงานต่ำกว่า โดยทั่วไปจะมีลิแกนด์ขนาดใหญ่ เช่นบิส(ไตรเมทิลไซลิล)อะไมด์ซึ่งก่อให้เกิดสารประกอบเชิงซ้อนไตร[N,N-บิส(ไตรเมทิลไซลิล)อะไมด์]เทอร์เบียม(III) ที่มีการประสานงานสามตำแหน่ง ( Tb[N(SiMe 3 ) 2 ] 3 ) [ 19 ]
สารประกอบเชิงซ้อนโคออร์ดิเนชันและออร์กาโนเมทัลลิกส่วนใหญ่มีเทอร์เบียมในสถานะออกซิเดชันไตรวาเลนต์ สารประกอบเชิงซ้อน Tb 2+ ไดวาเลนต์ก็เป็นที่รู้จักเช่นกัน โดยปกติจะมี ลิแกนด์ประเภทไซโคลเพนตาไดอีนิลขนาดใหญ่[ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]นอกจากนี้ยังพบสารประกอบเชิงซ้อนโคออร์ดิเนชันบางชนิดที่มีเทอร์เบียมในสถานะเตตระวาเลนต์[ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]
สถานะออกซิเดชัน
เช่นเดียวกับธาตุหายากและแลนทานอยด์ ส่วนใหญ่ เทอร์เบียมมักพบในสถานะออกซิเดชัน +3 เช่นเดียวกับซีเรียมและพราซีโอดีเมียม เทอร์เบียมยังสามารถเกิดสถานะออกซิเดชัน +4 ได้อีกด้วย[ 26 ]แม้ว่าจะไม่เสถียรในน้ำก็ตาม[ 27 ] เป็นไปได้ที่เทอร์เบียมจะพบใน สถานะออกซิเดชัน 0 [ 28 ] [ 29 ] +1 [ 30 ]และ +2 [ 26 ]
สารประกอบ
เทอร์เบียมรวมตัวกับไนโตรเจน คาร์บอน ซัลเฟอร์ ฟอสฟอรัส โบรอน ซีลีเนียม ซิลิคอน และอาร์เซนิกที่อุณหภูมิสูง ก่อให้เกิดสารประกอบไบนารีต่างๆ เช่นTbH 2 , TbH 3 , TbB 2 , TbSi 2 , TbN , TbP , TbS , Tb 2 S 3 , TbSeและTbTe [ 31 ] ในสารประกอบเหล่า นี้เทอร์เบียมส่วนใหญ่แสดงสถานะออกซิเดชัน +3 โดยสถานะ +2 ปรากฏน้อยมาก เทอร์เบียม(II) เฮไลด์ได้มาจากการอบเทอร์เบียม (III) เฮไลด์ในที่ที่มีโลหะเทอร์เบียมใน ภาชนะ แทนทาลัมเทอร์เบียมยังก่อตัวเป็นเซสควิคลอไรด์Tb 2 Cl 3ซึ่งสามารถลดลงต่อไปเป็นเทอร์เบียม(I) คลอไรด์ ( TbCl ) โดยการอบที่ 800 °C สารประกอบนี้ก่อตัวเป็นแผ่นที่มีโครงสร้างคล้ายกราไฟต์แบบเป็นชั้น[ 32 ]
เทอร์เบียม(IV) ฟลูออไรด์( TbF4 )เป็นเฮไลด์เพียงชนิดเดียวที่เทอร์เบียมสี่วาเลนต์สามารถก่อตัวได้ มีคุณสมบัติในการออกซิไดซ์สูงและเป็นสารฟลูออริเนต ที่แข็งแกร่ง โดยจะปล่อย ฟลูออรีนอะตอมที่ค่อนข้างบริสุทธิ์เมื่อได้รับความร้อน แทนที่จะเป็นส่วนผสมของไอระเหยฟลูออไรด์ที่ปล่อยออกมาจากโคบอลต์(III) ฟลูออไรด์หรือซีเรียม(IV) ฟลูออไรด์ [ 33 ] สามารถหาได้จากการทำปฏิกิริยาระหว่างเทอร์เบียม(III) คลอไรด์หรือเทอร์เบียม(III) ฟลูออไรด์กับ ก๊าซ ฟลูออรีนที่อุณหภูมิ 320 °C: [ 34 ]
- 2 TbF 3 + F 2 → 2 TbF 4
เมื่อผสมTbF 4และซีเซียมฟลูออไรด์ (CsF) ในอัตราส่วนทางเคมีที่เหมาะสมในบรรยากาศก๊าซฟลูออรีน จะได้ ซีเซียมเพนตาฟลูออโรเทอร์เบต ( CsTbF 5 ) ซึ่งเป็นผลึก ออร์โธรอมบิกที่มีกลุ่มพื้นที่Cmcaและโครงสร้างแบบชั้นที่ประกอบด้วย [TbF 8 ] 4−และ Cs + ที่มีการประสานงาน 11 ตำแหน่ง[ 35 ]สารประกอบแบเรียมเฮกซาฟลูออโรเทอร์เบต ( BaTbF 6 ) ซึ่งเป็นผลึกออร์โธรอมบิกที่มีกลุ่มพื้นที่Cmmaสามารถเตรียมได้ด้วยวิธีที่คล้ายกัน ไอออนเทอร์เบียมฟลูออไรด์ [TbF 8 ] 4− [ 36 ]ยังมีอยู่ในโครงสร้างของผลึกโพแทสเซียมเทอร์เบียมฟลูออไรด์อีกด้วย[ 37 ] [ 38 ]
เทอร์เบียม(III) ออกไซด์หรือเทอร์เบียเป็นออกไซด์หลักของเทอร์เบียม และปรากฏเป็นของแข็งสีน้ำตาลเข้มที่ไม่ละลายน้ำ ดูดความชื้นได้เล็กน้อย[ 39 ]และเป็นสารประกอบเทอร์เบียมหลักที่พบในแร่ธาตุและดินเหนียวที่มีธาตุหายาก[ 40 ]
สารประกอบอื่นๆ ได้แก่:
ไอโซโทป
เทอร์เบียมที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติประกอบด้วยไอโซโทป เสถียรเพียงชนิดเดียว คือ เทอร์เบียม-159 ดังนั้นธาตุนี้จึงเป็นโมโนนิวคลิดิกและโมโนไอโซโทปิก [ 1 ] มีการระบุไอโซโทป กัมมันตรังสี 39 ชนิด ตั้งแต่ 135 Tb ถึง174 Tb [ 9 ]ไอโซโทปกัมมันตรังสีสังเคราะห์ที่เสถียรที่สุดของเทอร์เบียมคือ158 Tb ซึ่งมีครึ่งชีวิต 180 ปี และ157 Tb ซึ่งมีครึ่งชีวิต 71 ปี ไอโซโทป กัมมันตรังสี ที่เหลือทั้งหมด มีครึ่งชีวิตน้อยกว่าสามเดือน และส่วนใหญ่มีครึ่งชีวิตน้อยกว่าครึ่งนาที[ 9 ]โหมดการสลายตัวหลักก่อนไอโซโทปเสถียรที่พบมากที่สุดคือ159 Tb คือการจับอิเล็กตรอนซึ่งส่งผลให้เกิดไอโซโทปของแกโดลิเนียมและโหมดหลักหลังจากนั้นคือการสลายตัวแบบเบตาลบ ซึ่ง ส่งผลให้เกิดไอโซโทปของไดสโปรเซียม[ 9 ]
ธาตุนี้ยังมีไอโซเมอร์นิวเคลียร์ 31 ชนิด โดยมีมวล 141–154, 156, 158, 162 และ 164–168 (ไม่ใช่ทุกเลขมวลจะสอดคล้องกับไอโซเมอร์เพียงชนิดเดียว) ไอโซเมอร์ที่เสถียรที่สุดคือเทอร์เบียม-156m2 ซึ่งมีครึ่งชีวิต 24.4 ชั่วโมง และเทอร์เบียม-154m2 ซึ่งมีครึ่งชีวิต 22.7 ชั่วโมง ไอโซเมอร์นี้เสถียรกว่าสถานะพื้นฐานของไอโซโทปเทอร์เบียม ยกเว้นนอกช่วงมวล 155–161 [ 9 ]
เทอร์เบียม-149 ซึ่งมีครึ่งชีวิต 4.1 ชั่วโมง เป็นตัวเลือกที่น่าสนใจในการบำบัดด้วยอัลฟาแบบกำหนดเป้าหมายและ การตรวจเอกซเรย์ คอมพิวเตอร์แบบโพซิตรอน[ 41 ] [ 42 ]
ประวัติศาสตร์
นักเคมีชาวสวีเดน คา ร์ลกุสตาฟ โมซานเดอร์ ค้นพบเทอร์เบียมในปี พ.ศ. 2386 [ 43 ] [ 44 ]เขาตรวจพบว่าเทอร์เบียมเป็นสิ่งเจือปนในอิตเทรียมออกไซด์ Y2O3 ซึ่งในขณะนั้นรู้จักกันในชื่ออิตเทรีย อิตเทรียม เออร์เบียม และเทอร์เบียม ล้วนตั้งชื่อตามหมู่บ้านอิตเตอร์บีในประเทศสวีเดน[ 45 ] [ 46 ]เทอร์เบียมไม่สามารถแยกออกมาในรูปบริสุทธิ์ได้จนกระทั่งมีการพัฒนาเทคนิคการแลกเปลี่ยนไอออน[ 47 ]
โมแซนเดอร์แยกอิตเทรียออกเป็นสามส่วน โดยตั้งชื่อตามแร่ ได้แก่ อิตเทรีย เออร์เบีย และเทอร์เบีย "เทอร์เบีย" เดิมทีเป็นส่วนที่มีสีชมพู เนื่องจากมีธาตุที่ปัจจุบันรู้จักกันในชื่อเออร์เบียม "เออร์เบีย" ซึ่งเป็นออกไซด์ที่มีสิ่งที่ปัจจุบันรู้จักกันในชื่อเทอร์เบียม เดิมทีเป็นส่วนที่มีสีเหลืองหรือสีส้มเข้มในสารละลาย[ 43 ] [ 45 ]ออกไซด์ที่ไม่ละลายน้ำของธาตุนี้ถูกสังเกตว่ามีสีน้ำตาล[ 48 ] [ 49 ] [ 39 ]และออกไซด์ที่ละลายน้ำได้หลังจากการเผาไหม้ถูกสังเกตว่าไม่มีสี[ 50 ]จนกระทั่งมีการวิเคราะห์สเปกตรัม ข้อโต้แย้งก็ดำเนินไปว่าเออร์เบียมีอยู่จริงหรือไม่ การวิเคราะห์สเปกตรัมโดยMarc Delafontaineทำให้สามารถระบุธาตุแต่ละชนิดและออกไซด์ของธาตุเหล่านั้นได้[ 47 ]แต่ในสิ่งพิมพ์ของเขา ชื่อของเออร์เบียมและเทอร์เบียมถูกสลับกัน[ 51 ]หลังจากช่วงเวลาสั้นๆ ที่เทอร์เบียมถูกเปลี่ยนชื่อเป็น "โมแซนดรัม" ตามชื่อของโมแซนเดอร์[ 52 ]ชื่อทั้งสองยังคงสลับกันเช่นนี้เรื่อยมา[ 45 ]
ในช่วงแรก การเตรียมเทอร์เบียม (ในรูปของเทอร์เบียมออกไซด์) เป็นเรื่องยาก ออกไซด์ของโลหะจากแกโดลิไนต์และซามาร์สไคต์ถูกละลายในกรดไนตริกและสารละลายถูกแยกเพิ่มเติมโดยใช้กรดออกซาลิกและโพแทสเซียมซัลเฟตการแยกเออร์เบียมออกจากเทอร์เบียมเป็นเรื่องยากมาก ในปี 1881 มีการบันทึกไว้ว่าไม่มีวิธีการที่น่าพอใจในการแยกทั้งสอง[ 50 ]ในปี 1914 มีการใช้ตัวทำละลายที่แตกต่างกันเพื่อแยกเทอร์เบียมออกจากแร่ธาตุที่เป็นตัวกลาง แต่กระบวนการแยกเทอร์เบียมออกจากธาตุข้างเคียง เช่นแกโดลิเนียมและไดสโปรเซียม ถูกอธิบายว่า "ยุ่งยาก" แต่เป็นไปได้[ 53 ]วิธีการสกัดเทอร์เบียมสมัยใหม่นั้นอิงตาม กระบวนการ สกัดของเหลว-ของเหลวที่พัฒนาโดย Werner Fischer และคณะ ในปี 1937 [ 54 ]
การเกิดขึ้น
เทอร์เบียมพบร่วมกับธาตุหายากอื่นๆ ในแร่ธาตุหลายชนิด รวมถึงโมนาไซต์ ( (Ce,La,Th,Nd,Y)PO 4ที่มีเทอร์เบียมมากถึง 0.03%) ซีโนไทม์ ( YPO 4 ) และ ยูซี ไนต์ ( (Y,Ca,Er,La,Ce,U,Th)(Nb,Ta,Ti) 2 O 6ที่มีเทอร์เบียม 1% หรือมากกว่า) ความอุดมสมบูรณ์ของเทอร์เบียมในเปลือกโลกคาดว่าอยู่ที่ 1.2 มก./กก. [ 31 ]ยังไม่พบแร่ธาตุใดที่มีเทอร์เบียมเป็นองค์ประกอบหลัก[ 55 ]
เทอร์เบียม (ในรูปของสปีชีส์ Tb II ) ได้รับการตรวจพบในชั้นบรรยากาศของKELT-9b ซึ่ง เป็น ดาวเคราะห์ประเภทดาว พฤหัสบดีร้อนที่อยู่นอกระบบสุริยะ[ 56 ]
ปัจจุบัน แหล่งเทอร์เบียมเชิงพาณิชย์ที่อุดมสมบูรณ์ที่สุดคือดิน เหนียวดูดซับไอออน ของภาคใต้ของจีน [ 40 ] สารเข้มข้นที่มีอิตเทรียมออกไซด์ ประมาณสองในสาม โดยน้ำหนักจะมีเทอร์เบียมประมาณ 1% เทอร์เบียมปริมาณเล็กน้อยพบในบาสต์เนไซต์และโมนาไซต์ เมื่อนำสิ่งเหล่านี้ไปแปรรูปโดยการสกัดด้วยตัวทำละลายเพื่อกู้คืนแลนทานัมหนักที่มีค่าเป็น สารเข้มข้น ซามาเรียม - ยูโรเปียม - แกโดลิเนียมเทอร์เบียมก็จะถูกกู้คืนมาด้วย เนื่องจากปริมาณบาสต์เนไซต์ที่แปรรูปมีมากเมื่อเทียบกับดินเหนียวดูดซับไอออน สัดส่วนที่สำคัญของปริมาณเทอร์เบียมของโลกจึงมาจากบาสต์เนไซต์[ 10 ]
ในปี 2018 มีการค้นพบแหล่งเทอร์เบียมที่อุดมสมบูรณ์นอกชายฝั่งเกาะมินามิโทริของญี่ปุ่นโดยระบุว่ามีปริมาณ "เพียงพอต่อความต้องการทั่วโลกเป็นเวลา 420 ปี" [ 57 ]
การผลิต
แร่ที่มีเทอร์เบียมที่บดแล้วจะถูกบำบัดด้วยกรดซัลฟิวริก เข้มข้นร้อน เพื่อผลิตซัลเฟตของธาตุหายากที่ละลายน้ำได้ สารละลายที่เป็นกรดจะถูกทำให้เป็นกลางบางส่วนด้วยโซดาไฟจนได้ค่า pH 3–4 ธอร์เรียมจะตกตะกอนออกจากสารละลายในรูปของไฮดรอกไซด์และถูกกำจัดออกไป สารละลายจะถูกบำบัดด้วยแอมโมเนียมออกซาเลตเพื่อเปลี่ยนธาตุหายากให้เป็นออกซาเลต ที่ไม่ละลาย น้ำ ออกซาเลตจะถูกสลายตัวเป็นออกไซด์โดยการให้ความร้อน ออกไซด์จะถูกละลายในกรดไนตริก ซึ่งไม่รวมส่วนประกอบหลักอย่างหนึ่ง คือซีเรียม ซึ่งออกไซด์ของซีเรียมไม่ละลายในHNO3เทอร์เบียมจะถูกแยกออกมาเป็นเกลือคู่กับแอมโมเนียมไนเตรตโดยการตกผลึก[ 31 ]
วิธีการแยกเกลือเทอร์เบียมออกจากสารละลายเกลือธาตุหายากที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดคือการแลกเปลี่ยนไอออนในกระบวนการนี้ ไอออนของธาตุหายากจะถูกดูดซับลงบนเรซินแลกเปลี่ยนไอออนที่เหมาะสมโดยการแลกเปลี่ยนกับไอออนไฮโดรเจน แอมโมเนียม หรือคิวปริกที่มีอยู่ในเรซิน จากนั้นไอออนของธาตุหายากจะถูกชะล้างออกอย่างเลือกสรรโดยสารเชิงซ้อน ที่เหมาะสม เช่นเดียวกับธาตุหายากอื่นๆ โลหะเทอร์เบียมผลิตขึ้นโดยการลดคลอไรด์หรือฟลูออไรด์ที่ปราศจากน้ำด้วยโลหะแคลเซียม สิ่งเจือปนของแคลเซียมและแทนทาลัมสามารถกำจัดได้โดยการหลอมใหม่ในสุญญากาศ การกลั่น การสร้างอะมัลกัม หรือการหลอมโซน[ 31 ] [ 47 ]
ในปี 2020 ความต้องการเทอร์เบียมประจำปีถูกประเมินไว้ที่ 340 ตัน (750,000 ปอนด์) [ 40 ]เทอร์เบียมไม่ได้ถูกแยกออกจากแร่หายากชนิดอื่นใน รายงานสรุปสินค้าโภคภัณฑ์แร่ของ สำนักงานสำรวจทางธรณีวิทยาแห่งสหรัฐอเมริกาซึ่งในปี 2024 ได้ประเมินปริมาณสำรองแร่หายากทั่วโลกไว้ที่ 110,000,000 ตัน (2.4 × 10 11 ปอนด์) [ 58 ]
แอปพลิเคชัน
เทอร์เบียมถูกใช้เป็นสารเจือปนในแคลเซียมฟลูออไรด์แคลเซียมทังสเตตและสตรอนเทียมโมลิบเดตซึ่งเป็นวัสดุที่ใช้ในอุปกรณ์โซลิดสเตต และเป็นตัวรักษาเสถียรภาพของ ผลึกใน เซลล์เชื้อเพลิงที่ทำงานที่อุณหภูมิสูง ร่วมกับเซอร์โคเนียมไดออกไซด์ ( ZrO2 ) [ 10 ] [ 59 ]
เทอร์เบียมยังใช้ในโลหะผสมและในการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ในฐานะที่เป็นส่วนประกอบของTerfenol-Dเทอร์เบียมถูกใช้ในแอคทูเอเตอร์ในระบบโซนาร์ ของกองทัพเรือ เซ็นเซอร์และอุปกรณ์แม่เหล็กเชิงกลอื่นๆ Terfenol-D เป็นโลหะผสมเทอร์เบียมที่ขยายหรือหดตัวเมื่อมีสนามแม่เหล็ก[ 60 ] มันมี ค่าแมกนีโตสตริกชันสูงสุดในบรรดาโลหะผสมทั้งหมด[ 61 ]มันถูกใช้เพื่อเพิ่มค่าคงที่เวอร์เดตในการสื่อสารใยแก้วนำแสงระยะไกล[ 62 ] [ 63 ]การ์เนตที่เจือด้วยเทอร์เบียมยังถูกใช้ในออปติคอลไอโซเลเตอร์ ซึ่งป้องกันไม่ให้แสงสะท้อนเดินทางกลับไปตามใยแก้วนำแสง[ 64 ]
เทอร์เบียมออกไซด์ใช้ในสารเรือง แสงสีเขียว ในหลอดฟลูออเรสเซนต์ หลอดโทรทัศน์สี[ 10 ]และจอภาพแบน[ 65 ]เทอร์เบียมพร้อมกับแลนทานอยด์ อื่นๆ ทั้งหมด ยกเว้นแลนทานัมและลูเทเซียมจะเรืองแสงในสถานะออกซิเดชัน 3+ [ 66 ]การเรืองแสงที่สว่างไสวทำให้เทอร์เบียมสามารถใช้เป็นโพรบในชีวเคมี ซึ่งมีพฤติกรรมคล้ายกับแคลเซียมสารเรืองแสงสีเขียวของเทอร์เบียม (ซึ่งเรืองแสงสีเหลืองมะนาวที่สว่างไสว) จะถูกรวมเข้ากับสารเรืองแสงสีน้ำเงินยูโรเปียมสองวาเลนต์และสารเรืองแสงสีแดงยูโรเปียมสามวาเลนต์เพื่อให้ แสง สามสีซึ่งเป็นผู้บริโภคเทอร์เบียมรายใหญ่ที่สุดของโลก แสงสามสีให้ผลผลิตแสงที่สูงกว่ามากสำหรับปริมาณพลังงานไฟฟ้าที่กำหนดเมื่อเทียบกับแสงจากหลอดไส้[ 10 ]
ในปี 2023 มีการใช้สารประกอบเทอร์เบียมเพื่อสร้างโครงสร้างตาข่ายที่มี อะตอม เหล็ก เพียงอะตอมเดียว จากนั้นจึงทำการตรวจสอบด้วย ลำแสง เอ็กซ์เรย์ซินโครตรอน นี่เป็นความพยายามครั้งแรกที่ประสบความสำเร็จในการระบุลักษณะของอะตอมเดี่ยวในระดับย่อยอะตอม[ 67 ]
ความปลอดภัย
เทอร์เบียม เช่นเดียวกับธาตุหายากอื่นๆ อีกมากมาย ยังไม่ได้รับการศึกษาอย่างละเอียดในแง่ของพิษวิทยาและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมมีค่าแนะนำตามหลักสุขภาพสำหรับการสัมผัสเทอร์เบียมอย่างปลอดภัยน้อยมาก[ 68 ]ในสหรัฐอเมริกาไม่มีการกำหนดค่าใดๆ โดยสำนักงานบริหารความปลอดภัยและสุขภาพในการทำงานหรือสมาคมนักสุขศาสตร์อุตสาหกรรมของรัฐบาลอเมริกันที่การสัมผัสเทอร์เบียมจะกลายเป็นอันตราย และไม่ถือว่าเป็นสารอันตรายภายใต้ ระบบการจำแนกและการติดฉลากสารเคมี ที่เป็นสากล[ 69 ]
บทวิจารณ์เกี่ยวกับความเป็นพิษของธาตุหายากระบุว่าเทอร์เบียมและสารประกอบของเทอร์เบียมมีความเป็นพิษ "ต่ำถึงปานกลาง" โดยสังเกตว่าขาดการศึกษารายละเอียดเกี่ยวกับอันตรายของธาตุเหล่านี้[ 70 ]และขาดความต้องการในตลาดที่ขัดขวางหลักฐานความเป็นพิษ[ 71 ]
การศึกษาบางชิ้นแสดงให้เห็นว่าการสะสม ของเทอร์เบียมในสิ่งแวดล้อมเป็นอันตรายต่อปลาและพืช[ 72 ] [ 73 ]การสัมผัสเทอร์เบียมในปริมาณสูงอาจเพิ่มความเป็นพิษของสารอื่นๆ ทำให้เกิดการดูดซึมเข้าสู่เซลล์พืช [ 74 ]
ดูเพิ่มเติม
ลิงก์ภายนอก
- WebElements.com – Terbium
- มันคือธาตุเทอร์เบียม
สรุปเนื้อหา
ข้อมูลสำคัญจากบทความ
ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ เทอร์เบียม
เทอร์เบียมเป็นธาตุเคมีมีสัญลักษณ์Tbและเลขอะตอม 65 เป็นโลหะหายากสีเงินขาว อ่อนตัว และยืดหยุ่นได้ดี เป็นสมาชิกลำดับที่เก้าของ อนุกรม แลนทานัมเทอร์เบียมเป็น โลหะที่มี ประจุบวก...
คุณสมบัติทางกายภาพ
เทอร์เบียมเป็น โลหะ หายาก สีเงินขาวที่ อ่อนตัว ยืดหยุ่น และอ่อนนุ่มพอที่จะตัดได้ด้วยมีด [ 10 ] มันค่อนข้างเสถียรในอากาศเมื่อเทียบกับแลนทานอยด์ที่มีปฏิกิริยามากกว่าในครึ่งแรกของ อนุกรมแลนทานอยด์ [ 11 ] เทอร์เบียม มีอยู่ใน รูปผลึก สองแบบ...
คุณสมบัติทางเคมี
โลหะเทอร์เบียมเป็น ธาตุ ที่มีประจุบวก และจะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันเมื่ออยู่ในสภาวะที่มีกรดส่วนใหญ่ (เช่น กรดซัลฟิวริก ) ฮาโลเจน ทั้งหมดและน้ำ [ 15 ]
สารประกอบ
เทอร์เบียมรวมตัวกับไนโตรเจน คาร์บอน ซัลเฟอร์ ฟอสฟอรัส โบรอน ซีลีเนียม ซิลิคอน และอาร์เซนิกที่อุณหภูมิสูง ก่อให้เกิดสารประกอบไบนารีต่างๆ เช่น TbH 2 , TbH 3 , TbB 2 , TbSi 2 , TbN , TbP , TbS , Tb 2 S 3 , TbSe และ TbTe [ 31 ] ในสารประกอบเหล่า นี้...