Terbiumtermasuk dalam kategori berattanah jarang, dengan kelimpahan rendah di kerak bumi hanya 1,1 ppm. Terbium oksida menyumbang kurang dari 0,01% dari total tanah jarang. Bahkan dalam bijih tanah jarang berat jenis ion itrium tinggi dengan kandungan terbium tertinggi, kandungan terbium hanya menyumbang 1,1-1,2% dari total tanah jarang, yang menunjukkan bahwa ia termasuk dalam kategori "mulia" unsur tanah jarang. Selama lebih dari 100 tahun sejak penemuan terbium pada tahun 1843, kelangkaan dan nilainya telah mencegah penerapan praktisnya untuk waktu yang lama. Hanya dalam 30 tahun terakhir terbium telah menunjukkan bakat uniknya.
Menemukan Sejarah
Ahli kimia Swedia Carl Gustaf Mosander menemukan terbium pada tahun 1843. Ia menemukan pengotornya diItrium(III) oksidaDanY2O3. Yttrium dinamai berdasarkan 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, yang semuanya diberi nama berdasarkan bijih: Yttrium(III) oksida,Erbium(III) oksida, dan terbium oksida. Terbium oksida awalnya terdiri dari bagian berwarna merah muda, karena unsur yang sekarang dikenal sebagai erbium. “Erbium(III) oksida” (termasuk apa yang sekarang kita sebut terbium) awalnya merupakan bagian yang pada dasarnya tidak berwarna dalam larutan. Oksida yang tidak larut dari unsur ini dianggap berwarna cokelat.
Pekerja selanjutnya hampir tidak dapat mengamati “Erbium(III) oksida” kecil yang tidak berwarna, tetapi bagian merah muda yang larut tidak dapat diabaikan. Perdebatan tentang keberadaan Erbium(III) oksida telah muncul berulang kali. Dalam kekacauan itu, nama aslinya dibalik dan pertukaran nama terhenti, sehingga bagian merah muda akhirnya disebutkan sebagai larutan yang mengandung erbium (dalam larutan, berwarna merah muda). Sekarang diyakini bahwa pekerja yang menggunakan natrium bisulfat atau Kalium sulfat mengonsumsiSerium(IV) oksidadari Yttrium(III) oksida dan secara tidak sengaja mengubah terbium menjadi endapan yang mengandung cerium. Hanya sekitar 1% dari Yttrium(III) oksida asli, yang sekarang dikenal sebagai "terbium", cukup untuk memberikan warna kekuningan pada Yttrium(III) oksida. Oleh karena itu, terbium merupakan komponen sekunder yang awalnya mengandungnya, dan dikendalikan oleh tetangga terdekatnya, gadolinium dan disprosium.
Selanjutnya, setiap kali unsur tanah jarang lainnya dipisahkan dari campuran ini, berapa pun proporsi oksidanya, nama terbium tetap dipertahankan hingga akhirnya, oksida terbium berwarna coklat diperoleh dalam bentuk murni. Para peneliti pada abad ke-19 tidak menggunakan teknologi fluoresensi ultraviolet untuk mengamati nodul kuning atau hijau terang (III), sehingga terbium lebih mudah dikenali dalam campuran padat atau larutan.
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 diionisasi lebih lanjut, tetapi dalam kasus terbium, terbium yang terisi setengah memungkinkan elektron keempat untuk diionisasi 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 leleh 1360 ℃, titik didih 3123 ℃, massa jenis 8229 4kg/m3. Dibandingkan dengan Lantanida awal, terbium relatif stabil di udara. Sebagai unsur kesembilan dari Lantanida, terbium adalah logam dengan listrik yang kuat. Terbium bereaksi dengan air untuk membentuk hidrogen.
Di alam, terbium tidak pernah ditemukan sebagai unsur bebas, yang jumlahnya sedikit terdapat dalam pasir thorium fosfokerium dan gadolinit. Terbium hidup berdampingan dengan unsur tanah jarang lainnya dalam pasir monasit, dengan kandungan terbium umumnya 0,03%. Sumber lainnya adalah Xenotime dan bijih emas hitam langka, yang keduanya merupakan campuran oksida dan mengandung hingga 1% terbium.
Aplikasi
Penerapan terbium sebagian besar melibatkan bidang teknologi tinggi, yang merupakan proyek mutakhir yang padat teknologi dan padat pengetahuan, serta proyek dengan manfaat ekonomi yang signifikan, dengan prospek pengembangan yang menarik.
Bidang aplikasi utamanya meliputi:
(1) Dimanfaatkan dalam bentuk campuran tanah jarang. Misalnya, digunakan sebagai pupuk majemuk tanah jarang dan aditif pakan untuk pertanian.
(2) Aktivator untuk bubuk hijau dalam tiga bubuk fluoresensi 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 fluoresensi hijau berkualitas tinggi.
(3) Digunakan sebagai bahan penyimpanan magneto-optik. Lapisan 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 penempaan paduan feromagnetostrictive 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 bakterisida yang baik terhadap Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis, dan Escherichia coli. Kompleks tersebut memiliki spektrum antibakteri yang luas. Studi tentang kompleks tersebut memberikan arah penelitian baru untuk obat bakterisida modern.
Digunakan dalam bidang luminescence
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 fluoresensi hijau berkualitas tinggi. Jika kelahiran bubuk fluoresensi merah TV berwarna tanah jarang telah merangsang permintaan untuk yttrium dan europium, maka aplikasi dan pengembangan terbium telah dipromosikan oleh bubuk fluoresensi hijau tiga warna primer tanah jarang untuk lampu. Pada awal 1980-an, Philips menemukan lampu fluoresensi 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 katode (CRT) TV berwarna selama ini selalu didasarkan pada Seng sulfida, yang murah dan efisien, tetapi bubuk terbium selalu digunakan sebagai fosfor hijau untuk proyeksi TV berwarna, termasuk Y2SiO5 ∶ Tb3+, Y3 (Al, Ga) 5O12 ∶ Tb3+, dan LaOBr ∶ Tb3+. Dengan perkembangan televisi definisi tinggi layar lebar (HDTV), bubuk fluoresensi hijau berkinerja tinggi untuk CRT juga sedang dikembangkan. Misalnya, bubuk fluoresensi hijau hibrida telah dikembangkan di luar negeri, yang terdiri dari Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, LaOCl: Tb3+, dan Y2SiO5: Tb3+, yang memiliki efisiensi pendaran cahaya yang sangat baik pada kerapatan arus yang tinggi.
Bubuk fluoresensi sinar-X tradisional adalah kalsium tungstat. Pada tahun 1970-an dan 1980-an, fosfor tanah jarang untuk layar penguat dikembangkan, seperti terbium sulfur lantanum oksida yang diaktifkan, terbium bromin lantanum oksida yang diaktifkan (untuk layar hijau), terbium sulfur yttrium(III) oksida yang diaktifkan, dll. Dibandingkan dengan kalsium tungstat, bubuk fluoresensi 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 fluoresensi 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 ke tubuh manusia (lebih dari 50%).
Terbium juga digunakan sebagai aktivator dalam fosfor LED putih yang dipicu oleh cahaya biru untuk pencahayaan semikonduktor baru. Terbium dapat digunakan untuk memproduksi fosfor kristal magneto optik 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 elektroluminesensi yang terbuat dari terbium terutama meliputi 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 elektroluminesensi lapisan tipis. Meskipun kemajuan signifikan telah dicapai dalam studi lapisan tipis elektroluminesensi kompleks organik tanah jarang, masih ada kesenjangan tertentu dari segi kepraktisan, dan penelitian tentang lapisan tipis dan perangkat elektroluminesensi 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) melalui spektrum fluoresensi dan spektrum serapan, yang menunjukkan bahwa probe Ofloxacin Tb3+ dapat membentuk ikatan alur dengan molekul DNA, dan DNA dapat meningkatkan fluoresensi sistem Ofloxacin Tb3+ secara signifikan. Berdasarkan perubahan ini, DNA dapat ditentukan.
Untuk bahan magneto optik
Bahan dengan efek Faraday, juga dikenal sebagai bahan magneto-optik, banyak digunakan dalam laser dan perangkat optik lainnya. Ada dua jenis bahan magneto-optik yang umum: kristal magneto-optik dan kaca magneto-optik. Di antara mereka, kristal magneto-optik (seperti garnet besi Yttrium dan garnet terbium gallium) memiliki keunggulan frekuensi operasi yang dapat disesuaikan dan stabilitas termal yang tinggi, tetapi mahal dan sulit diproduksi. Selain itu, banyak kristal magneto-optik dengan sudut rotasi Faraday yang tinggi memiliki penyerapan tinggi dalam rentang gelombang pendek, yang membatasi penggunaannya. Dibandingkan dengan kristal magneto-optik, kaca magneto-optik memiliki keunggulan transmitansi tinggi dan mudah dibuat menjadi blok atau serat besar. Saat ini, kaca magneto-optik dengan efek Faraday yang tinggi sebagian besar adalah kaca yang didoping ion tanah jarang.
Digunakan untuk bahan penyimpanan magneto optik
Dalam beberapa tahun terakhir, dengan pesatnya perkembangan multimedia dan otomatisasi kantor, permintaan akan cakram magnetik berkapasitas tinggi yang baru telah meningkat. Film paduan logam transisi terbium logam amorf telah digunakan untuk memproduksi cakram magneto-optik berkinerja tinggi. Di antara semuanya, film tipis paduan TbFeCo memiliki kinerja terbaik. Bahan magneto-optik berbasis terbium telah diproduksi dalam skala besar, dan cakram magneto-optik yang terbuat darinya digunakan sebagai komponen penyimpanan komputer, dengan kapasitas penyimpanan meningkat 10-15 kali lipat. Mereka memiliki keunggulan kapasitas besar dan kecepatan akses yang cepat, dan dapat dibersihkan dan dilapisi puluhan ribu kali saat digunakan untuk cakram optik berdensitas tinggi. Mereka adalah bahan penting dalam teknologi penyimpanan informasi elektronik. Bahan magneto-optik yang paling umum digunakan dalam 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 di daerah tampak dan inframerah, dan dapat membentuk berbagai bentuk yang kompleks. Mudah untuk menghasilkan produk berukuran besar dan dapat ditarik ke dalam serat optik. Oleh karena itu, kaca ini memiliki prospek aplikasi yang luas dalam perangkat optik magneto seperti isolator optik magneto, modulator optik magneto, dan sensor arus serat optik. Karena momen magnetiknya yang besar dan koefisien penyerapan yang kecil dalam rentang tampak dan inframerah, ion Tb3+ telah menjadi ion tanah jarang yang umum digunakan dalam kaca optik magneto.
Paduan feromagnetostriktif terbium disprosium
Pada akhir abad ke-20, dengan semakin mendalamnya revolusi ilmiah dan teknologi dunia, Material Terapan tanah jarang baru muncul dengan cepat. Pada tahun 1984, Universitas Negeri Iowa Amerika Serikat, Laboratorium Ames Departemen Energi Amerika Serikat, dan Pusat Penelitian Senjata Permukaan Angkatan Laut AS (personel utama American Edge Technology Company (ET REMA) yang kemudian didirikan berasal dari pusat tersebut) bersama-sama mengembangkan material Cerdas tanah jarang baru, yaitu material magnetostriktif raksasa besi terbium disprosium. Material Cerdas baru ini memiliki karakteristik luar biasa dalam mengubah energi listrik menjadi energi mekanik dengan cepat. Transduser bawah air dan elektro-akustik yang terbuat dari material magnetostriktif raksasa ini telah berhasil dikonfigurasi dalam peralatan angkatan laut, pengeras suara deteksi sumur minyak, sistem pengendalian kebisingan dan getaran, serta eksplorasi laut dan sistem komunikasi bawah tanah. Oleh karena itu, segera setelah material magnetostriktif raksasa besi terbium disprosium lahir, ia mendapat perhatian luas dari negara-negara industri di seluruh dunia. Edge Technologies di Amerika Serikat mulai memproduksi bahan magnetostriktif raksasa besi terbium disprosium pada tahun 1989 dan menamakannya Terfenol D. Selanjutnya, Swedia, Jepang, Rusia, Inggris, dan Australia juga mengembangkan bahan magnetostriktif raksasa besi terbium disprosium.
Dari sejarah perkembangan material ini di Amerika Serikat, baik penemuan material maupun aplikasi monopoli awalnya terkait langsung dengan industri militer (seperti angkatan laut). Meskipun departemen militer dan pertahanan Tiongkok secara bertahap memperkuat pemahaman mereka tentang material ini. Namun, setelah Kekuatan Nasional Komprehensif Tiongkok meningkat secara signifikan, persyaratan untuk mewujudkan strategi kompetitif militer di abad ke-21 dan meningkatkan tingkat peralatan tentu akan sangat mendesak. Oleh karena itu, penggunaan material magnetostriktif raksasa besi terbium disprosium secara luas oleh departemen militer dan pertahanan nasional akan menjadi kebutuhan historis.
Singkatnya, banyaknya sifat terbium yang sangat baik menjadikannya anggota yang sangat diperlukan dari banyak bahan fungsional dan posisi yang tak tergantikan di beberapa bidang aplikasi. Namun, karena harga terbium yang tinggi, orang-orang telah mempelajari cara menghindari dan meminimalkan penggunaan terbium untuk mengurangi biaya produksi. Misalnya, bahan magneto-optik tanah jarang juga harus menggunakan disprosium besi kobalt atau gadolinium terbium kobalt berbiaya rendah sebanyak mungkin; Cobalah untuk mengurangi kandungan terbium dalam bubuk fluoresensi hijau yang harus digunakan. Harga telah menjadi faktor penting yang membatasi penggunaan terbium secara luas. Tetapi banyak bahan fungsional tidak dapat melakukannya tanpanya, jadi kita harus mematuhi prinsip "menggunakan baja yang baik pada bilah" dan mencoba untuk menghemat penggunaan terbium sebanyak mungkin.
Waktu posting: 05-Jul-2023