Terbiumtermasuk dalam kategori berattanah jarang, dengan kelimpahan yang rendah di kerak bumi hanya 1,1 ppm. Terbium oksida menyumbang kurang dari 0,01% dari total tanah jarang. Bahkan pada bijih tanah jarang berat jenis ion yttrium tinggi dengan kandungan terbium tertinggi, kandungan terbium hanya menyumbang 1,1-1,2% dari total tanah jarang, yang menunjukkan bahwa ia termasuk dalam kategori unsur tanah jarang “mulia”. Selama lebih dari 100 tahun sejak penemuan terbium pada tahun 1843, kelangkaan dan nilainya telah menghalangi penerapan praktisnya dalam waktu yang lama. Hanya dalam 30 tahun terakhir terbium menunjukkan bakat uniknya。
Menemukan Sejarah
Ahli kimia Swedia Carl Gustaf Mosander menemukan terbium pada tahun 1843. Ia menemukan pengotornya diItrium(III) oksidaDanY2O3. Nama Yttrium diambil dari nama desa Ytterby di Swedia. Sebelum munculnya teknologi pertukaran ion, terbium tidak diisolasi dalam bentuk murni.
Mosant pertama kali membagi Yttrium(III) oksida menjadi tiga bagian, semuanya diberi nama berdasarkan bijihnya: Yttrium(III) oksida,Erbium(III) oksida, dan terbium oksida. Terbium oksida awalnya terdiri dari bagian berwarna merah muda, karena unsur tersebut sekarang dikenal sebagai erbium. “Erbium(III) oksida” (termasuk yang sekarang kita sebut terbium) awalnya merupakan bagian yang pada dasarnya tidak berwarna dalam larutan. Oksida yang tidak larut dari unsur ini dianggap coklat.
Para pekerja di kemudian hari hampir tidak dapat mengamati “Erbium(III) oksida” kecil yang tidak berwarna, namun bagian merah muda yang dapat larut tidak dapat diabaikan. Perdebatan tentang keberadaan Erbium(III) oksida telah muncul berulang kali. Dalam kekacauan tersebut, nama aslinya dibalik dan pertukaran nama terhenti, sehingga bagian berwarna merah muda tersebut akhirnya disebutkan sebagai larutan yang mengandung erbium (dalam larutan tersebut berwarna merah muda). Sekarang diyakini bahwa pekerja yang menggunakan natrium bisulfat atau Kalium sulfat mengonsumsinyaCerium(IV) oksidakeluar dari Yttrium(III) oksida dan secara tidak sengaja mengubah terbium menjadi sedimen yang mengandung cerium. Hanya sekitar 1% dari oksida Yttrium(III) asli, yang sekarang dikenal sebagai “terbium”, cukup untuk memberikan warna kekuningan pada oksida Yttrium(III). Oleh karena itu, terbium merupakan komponen sekunder yang awalnya mengandungnya, dan dikendalikan oleh tetangga terdekatnya, gadolinium dan dysprosium.
Setelah itu, setiap kali unsur tanah jarang lainnya dipisahkan dari campuran ini, berapa pun proporsi oksidanya, nama terbium tetap dipertahankan hingga akhirnya oksida coklat terbium diperoleh dalam bentuk murni. Para peneliti pada abad ke-19 tidak menggunakan teknologi fluoresensi ultraviolet untuk mengamati bintil-bintil berwarna kuning atau hijau terang (III), sehingga memudahkan terbium untuk dikenali dalam campuran atau larutan padat.
Konfigurasi elektron
Konfigurasi elektron:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9
Konfigurasi elektron terbium adalah [Xe] 6s24f9. Biasanya, hanya tiga elektron yang dapat dilepaskan sebelum muatan inti menjadi terlalu besar untuk terionisasi lebih lanjut, namun dalam kasus terbium, terbium setengah terisi memungkinkan elektron keempat terionisasi lebih lanjut dengan adanya oksidan yang sangat kuat seperti gas fluor.
Terbium adalah logam tanah jarang berwarna putih keperakan dengan keuletan, ketangguhan, dan kelembutan yang dapat dipotong dengan pisau. Titik lebur 1360 ℃, titik didih 3123 ℃, massa jenis 8229 4kg/m3. Dibandingkan dengan Lantanida awal, ia relatif stabil di udara. Sebagai unsur kesembilan Lantanida, terbium merupakan logam dengan listrik yang kuat. Bereaksi dengan air untuk membentuk hidrogen.
Di alam, terbium tidak pernah ditemukan sebagai unsur bebas, sejumlah kecil terdapat pada pasir fosfocerium thorium dan Gadolinit. Terbium hidup berdampingan dengan unsur tanah jarang lainnya di pasir monasit, dengan kandungan terbium umumnya 0,03%. Sumber lainnya adalah Xenotime dan bijih emas langka hitam, keduanya merupakan campuran oksida dan mengandung hingga 1% terbium.
Aplikasi
Penerapan terbium sebagian besar melibatkan bidang teknologi tinggi, yaitu proyek-proyek mutakhir yang padat teknologi dan padat pengetahuan, serta proyek-proyek dengan manfaat ekonomi yang signifikan, dengan prospek pengembangan yang menarik.
Area aplikasi utama meliputi:
(1) Dimanfaatkan dalam bentuk tanah jarang campuran. Misalnya, digunakan sebagai pupuk majemuk tanah jarang dan bahan tambahan pakan untuk pertanian.
(2) Aktivator bubuk hijau dalam tiga bubuk fluoresen primer. Bahan optoelektronik modern memerlukan penggunaan tiga warna dasar fosfor, yaitu merah, hijau, dan biru, yang dapat digunakan untuk mensintesis berbagai warna. Dan terbium merupakan komponen yang sangat diperlukan dalam banyak bubuk fluoresen hijau berkualitas tinggi.
(3) Digunakan sebagai bahan penyimpanan optik magneto. Film tipis paduan logam transisi terbium logam amorf telah digunakan untuk memproduksi cakram magneto-optik berkinerja tinggi.
(4) Pembuatan kaca optik magneto. Kaca putar Faraday yang mengandung terbium merupakan bahan utama untuk pembuatan rotator, isolator, dan sirkulator dalam teknologi laser.
(5) Pengembangan dan pengembangan paduan ferromagnetostriktif terbium dysprosium (TerFenol) telah membuka aplikasi baru untuk terbium.
Untuk pertanian dan peternakan
Terbium tanah jarang dapat meningkatkan kualitas tanaman dan meningkatkan laju fotosintesis dalam kisaran konsentrasi tertentu. Kompleks terbium memiliki aktivitas biologis yang tinggi. Kompleks terner terbium, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3 · 3H2O, memiliki efek antibakteri dan bakterisidal yang baik terhadap Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis dan Escherichia coli. Mereka memiliki spektrum antibakteri yang luas. Studi tentang kompleks tersebut memberikan arah penelitian baru untuk obat bakterisida modern.
Digunakan di bidang pendaran
Bahan optoelektronik modern memerlukan penggunaan tiga warna dasar fosfor, yaitu merah, hijau, dan biru, yang dapat digunakan untuk mensintesis berbagai warna. Dan terbium merupakan komponen yang sangat diperlukan dalam banyak bubuk fluoresen hijau berkualitas tinggi. Jika kelahiran bubuk fluoresen merah TV berwarna tanah jarang telah merangsang permintaan yttrium dan europium, maka penerapan dan pengembangan terbium telah dipromosikan oleh bubuk fluoresen hijau tiga warna primer tanah jarang untuk lampu. Pada awal tahun 1980-an, Philips menemukan lampu neon hemat energi kompak pertama di dunia dan dengan cepat mempromosikannya secara global. Ion Tb3+ dapat memancarkan cahaya hijau dengan panjang gelombang 545nm, dan hampir semua fosfor hijau tanah jarang menggunakan terbium sebagai aktivator.
Fosfor hijau untuk tabung sinar katoda (CRT) TV berwarna selalu berbahan dasar Seng sulfida yang murah dan efisien, namun bubuk terbium selalu digunakan sebagai fosfor hijau untuk proyeksi TV berwarna, termasuk Y2SiO5 ∶ Tb3+, Y3 ( Al, Ga) 5O12 ∶ Tb3+dan LaOBr ∶ Tb3+. Dengan berkembangnya televisi definisi tinggi (HDTV) layar besar, bubuk fluoresen hijau berkinerja tinggi untuk CRT juga sedang dikembangkan. Misalnya, bubuk fluoresen hijau hibrida telah dikembangkan di luar negeri, terdiri dari Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, LaOCl: Tb3+, dan Y2SiO5: Tb3+, yang memiliki efisiensi pendaran yang sangat baik pada kepadatan arus yang tinggi.
Bubuk fluoresen sinar-X tradisional adalah kalsium tungstat. Pada tahun 1970-an dan 1980-an, fosfor tanah jarang untuk penyaringan intensif dikembangkan, seperti sulfur aktif terbium Lanthanum oksida, terbium bromin aktif Lanthanum oksida (untuk layar hijau), sulfur aktif terbium Yttrium(III) oksida, dll. Dibandingkan dengan kalsium tungstat, bubuk fluoresen tanah jarang dapat mengurangi waktu penyinaran sinar-X untuk pasien hingga 80%, meningkatkan resolusi film sinar-X, memperpanjang umur tabung sinar-X, dan mengurangi konsumsi energi. Terbium juga digunakan sebagai aktivator bubuk fluoresen untuk layar peningkatan sinar-X medis, yang dapat sangat meningkatkan sensitivitas konversi sinar-X menjadi gambar optik, meningkatkan kejernihan film sinar-X, dan sangat mengurangi dosis paparan sinar-X. sinar ke tubuh manusia (lebih dari 50%).
Terbium juga digunakan sebagai aktivator dalam fosfor LED putih yang tereksitasi oleh cahaya biru untuk penerangan semikonduktor baru. Ini dapat digunakan untuk menghasilkan fosfor kristal optik magneto aluminium terbium, menggunakan dioda pemancar cahaya biru sebagai sumber cahaya eksitasi, dan fluoresensi yang dihasilkan dicampur dengan cahaya eksitasi untuk menghasilkan cahaya putih murni.
Bahan electroluminescent yang terbuat dari terbium terutama mencakup fosfor hijau seng sulfida dengan terbium sebagai aktivator. Di bawah iradiasi ultraviolet, kompleks organik terbium dapat memancarkan fluoresensi hijau yang kuat dan dapat digunakan sebagai bahan elektroluminesen film tipis. Meskipun kemajuan signifikan telah dicapai dalam studi film tipis electroluminescent kompleks organik tanah jarang, masih ada kesenjangan tertentu dari kepraktisan, dan penelitian tentang film tipis dan perangkat electroluminescent kompleks organik tanah jarang masih mendalam.
Karakteristik fluoresensi terbium juga digunakan sebagai probe fluoresensi. Misalnya, probe fluoresensi Ofloxacin terbium (Tb3+) digunakan untuk mempelajari interaksi antara kompleks Ofloxacin terbium (Tb3+) dan DNA (DNA) berdasarkan spektrum fluoresensi dan spektrum serapan, yang menunjukkan bahwa probe Ofloxacin Tb3+ dapat membentuk ikatan alur dengan molekul DNA, dan DNA secara signifikan dapat meningkatkan fluoresensi sistem Ofloxacin Tb3+. Berdasarkan perubahan ini, DNA dapat ditentukan.
Untuk bahan optik magneto
Bahan dengan efek Faraday, juga dikenal sebagai bahan magneto-optik, banyak digunakan dalam laser dan perangkat optik lainnya. Ada dua jenis bahan optik magneto yang umum: kristal optik magneto dan kaca optik magneto. Diantaranya, kristal magneto-optik (seperti garnet besi Yttrium dan terbium gallium garnet) memiliki keunggulan berupa frekuensi pengoperasian yang dapat disesuaikan dan stabilitas termal yang tinggi, tetapi harganya mahal dan sulit diproduksi. Selain itu, banyak kristal magneto-optik dengan sudut rotasi Faraday yang tinggi memiliki serapan yang tinggi dalam rentang gelombang pendek, sehingga membatasi penggunaannya. Dibandingkan dengan kristal optik magneto, kaca optik magneto memiliki keunggulan transmitansi tinggi dan mudah dibuat menjadi balok atau serat besar. Saat ini, kacamata magneto-optik dengan efek Faraday tinggi sebagian besar merupakan kacamata yang diolah dengan ion tanah jarang.
Digunakan untuk bahan penyimpanan optik magneto
Dalam beberapa tahun terakhir, dengan pesatnya perkembangan multimedia dan otomatisasi kantor, permintaan akan cakram magnetik berkapasitas tinggi yang baru semakin meningkat. Film paduan logam transisi terbium logam amorf telah digunakan untuk memproduksi cakram magneto-optik berkinerja tinggi. Diantaranya, film tipis paduan TbFeCo memiliki performa terbaik. Bahan magneto-optik berbasis terbium telah diproduksi dalam skala besar, dan cakram magneto-optik yang terbuat dari bahan tersebut digunakan sebagai komponen penyimpanan komputer, dengan kapasitas penyimpanan meningkat 10-15 kali lipat. Keunggulannya adalah kapasitasnya yang besar dan kecepatan aksesnya yang cepat, serta dapat dihapus dan dilapisi puluhan ribu kali bila digunakan untuk cakram optik berdensitas tinggi. Mereka adalah material penting dalam teknologi penyimpanan informasi elektronik. Bahan magneto-optik yang paling umum digunakan pada pita tampak dan inframerah dekat adalah kristal tunggal Terbium Gallium Garnet (TGG), yang merupakan bahan magneto-optik terbaik untuk membuat rotator dan isolator Faraday.
Untuk kaca optik magneto
Kaca optik magneto Faraday memiliki transparansi dan isotropi yang baik pada daerah tampak dan inframerah, serta dapat membentuk berbagai bentuk kompleks. Sangat mudah untuk menghasilkan produk berukuran besar dan dapat ditarik menjadi serat optik. Oleh karena itu, ia memiliki prospek aplikasi yang luas pada perangkat magneto optik seperti isolator optik magneto, modulator optik magneto, dan sensor arus serat optik. Karena momen magnetnya yang besar dan koefisien serapannya yang kecil dalam rentang sinar tampak dan inframerah, ion Tb3+ telah menjadi ion tanah jarang yang umum digunakan dalam kacamata optik magneto.
Paduan ferromagnetostriktif terbium dysprosium
Pada akhir abad ke-20, seiring dengan semakin dalamnya revolusi ilmu pengetahuan dan teknologi dunia, Bahan Terapan tanah jarang baru bermunculan dengan cepat. Pada tahun 1984, Universitas Negeri Iowa Amerika Serikat, Laboratorium Ames dari Departemen Energi Amerika Serikat dan Pusat Penelitian Senjata Permukaan Angkatan Laut AS (personel utama dari American Edge Technology Company (ET REMA) yang kemudian didirikan berasal dari pusat) bersama-sama mengembangkan material Cerdas tanah jarang baru, yaitu material magnetostriktif raksasa besi terbium dysprosium. Material Smart baru ini memiliki karakteristik luar biasa dalam mengubah energi listrik menjadi energi mekanik dengan cepat. Transduser bawah air dan elektro-akustik yang terbuat dari bahan magnetostriktif raksasa ini telah berhasil dikonfigurasikan pada peralatan angkatan laut, speaker pendeteksi sumur minyak, sistem kendali kebisingan dan getaran, serta sistem eksplorasi laut dan komunikasi bawah tanah. Oleh karena itu, segera setelah bahan magnetostriktif raksasa besi terbium dysprosium lahir, bahan tersebut mendapat perhatian luas dari negara-negara industri di seluruh dunia. Edge Technologies di Amerika Serikat mulai memproduksi bahan magnetostriktif besi raksasa terbium disprosium pada tahun 1989 dan menamakannya Terfenol D. Selanjutnya, Swedia, Jepang, Rusia, Inggris, dan Australia juga mengembangkan bahan magnetostriktif besi raksasa terbium disprosium.
Dari sejarah perkembangan material ini di Amerika Serikat, baik penemuan material maupun penerapan monopoli awalnya berkaitan langsung dengan industri militer (seperti angkatan laut). Meskipun departemen militer dan pertahanan Tiongkok secara bertahap memperkuat pemahaman mereka tentang materi ini. Namun, setelah Kekuatan Nasional Komprehensif Tiongkok meningkat secara signifikan, kebutuhan untuk mewujudkan strategi kompetitif militer di abad ke-21 dan meningkatkan tingkat peralatan tentu akan menjadi sangat mendesak. Oleh karena itu, meluasnya penggunaan bahan magnetostriktif besi raksasa terbium dysprosium oleh departemen militer dan pertahanan nasional akan menjadi kebutuhan sejarah.
Singkatnya, banyaknya sifat luar biasa dari terbium menjadikannya anggota yang sangat diperlukan dari banyak bahan fungsional dan posisi yang tak tergantikan dalam beberapa bidang aplikasi. Namun karena mahalnya harga terbium, masyarakat telah mempelajari cara menghindari dan meminimalkan penggunaan terbium untuk mengurangi biaya produksi. Misalnya, bahan magneto-optik tanah jarang juga harus menggunakan kobalt besi disprosium berbiaya rendah atau kobalt gadolinium terbium sebanyak mungkin; Usahakan untuk mengurangi kandungan terbium pada bubuk fluorescent hijau yang wajib digunakan. Harga telah menjadi faktor penting yang membatasi penggunaan terbium secara luas. Namun banyak material fungsional tidak dapat hidup tanpanya, jadi kita harus mematuhi prinsip “menggunakan baja yang baik pada bilahnya” dan berusaha menghemat penggunaan terbium sebanyak mungkin.
Waktu posting: 05-Jul-2023