Terbiumtermasuk dalam kategori tanah jarang berat, dengan kelimpahan rendah di kerak bumi, hanya 1,1 ppm.Terbium oksidamenyumbang 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 totaltanah jarang, menunjukkan bahwa ia termasuk dalam kategori “mulia”tanah jarangunsur-unsur. Selama lebih dari 100 tahun sejak ditemukannya terbium pada tahun 1843, kelangkaan dan nilainya telah mencegah penerapan praktisnya untuk waktu yang lama. Hanya dalam 30 tahun terakhir initerbiumtelah menunjukkan bakatnya yang unik.
Menemukan Sejarah
Ahli kimia Swedia Carl Gustaf Mosander menemukan terbium pada tahun 1843. Ia menemukan pengotornya diitrium oksidaDanY2O3. Itriumdinamai berdasarkan desa Itby di Swedia. Sebelum munculnya teknologi pertukaran ion, terbium tidak diisolasi dalam bentuk murni.
Mossander pertama kali terbagiitrium oksidamenjadi tiga bagian, semuanya diberi nama berdasarkan bijih:itrium oksida, erbium oksida, Danterbium oksida. Terbium oksidaawalnya terdiri dari bagian berwarna merah muda, karena unsur yang sekarang dikenal sebagailogam berat. Erbium oksida(termasuk apa yang sekarang kita sebut terbium) awalnya merupakan bagian yang tidak berwarna dalam larutan. Oksida yang tidak larut dari unsur ini dianggap berwarna cokelat.
Pekerja selanjutnya merasa kesulitan untuk mengamati benda-benda kecil yang tidak berwarna “erbium oksida“, tetapi bagian merah muda yang larut tidak dapat diabaikan. Perdebatan tentang keberadaanerbium oksidatelah berulang kali muncul. Dalam kekacauan itu, nama asli dibalik dan pertukaran nama terhenti, sehingga bagian merah muda akhirnya disebutkan sebagai larutan yang mengandung erbium (dalam larutan, itu berwarna merah muda). Sekarang diyakini bahwa pekerja yang menggunakan natrium disulfida atau kalium sulfat untuk menghilangkan cerium dioksida dariitrium oksidaberputar tanpa sengajaterbiummenjadi endapan yang mengandung cerium. Saat ini dikenal sebagai 'terbium', hanya sekitar 1% dari aslinyaitrium oksidahadir, tetapi ini cukup untuk mengirimkan warna kuning muda keitrium oksida. Karena itu,terbiumadalah komponen sekunder yang awalnya memuatnya, dan dikendalikan oleh tetangga terdekatnya,gadoliniumDandisprosium.
Setelah itu, kapan pun yang laintanah jarangunsur-unsur dipisahkan dari campuran ini, terlepas dari proporsi oksida, nama terbium dipertahankan sampai akhirnya, oksida coklatterbiumdiperoleh dalam bentuk murni. Para peneliti pada abad ke-19 tidak menggunakan teknologi fluoresensi ultraviolet untuk mengamati nodul kuning atau hijau terang (III), sehingga memudahkan terbium untuk dikenali dalam campuran padat atau larutan.
Konfigurasi elektron
Tata letak elektronik:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9
Pengaturan elektronik dariterbiumadalah [Xe] 6s24f9. Biasanya, hanya tiga elektron yang dapat dihilangkan sebelum muatan inti menjadi terlalu besar untuk diionisasi lebih lanjut. Namun, dalam kasusterbium, setengah terisiterbiummemungkinkan ionisasi lebih lanjut pada elektron keempat dengan adanya oksidan yang sangat kuat seperti gas fluor.
Logam
Terbiumadalah 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 unsur lantanida awal, unsur ini relatif stabil di udara. Unsur kesembilan dari unsur lantanida, terbium, adalah logam bermuatan tinggi yang bereaksi dengan air untuk membentuk gas hidrogen.
Di alam,terbiumbelum pernah ditemukan sebagai unsur bebas, hadir dalam jumlah kecil dalam pasir fosfor cerium thorium dan bijih silikon berilium yttrium.Terbiumhidup berdampingan dengan unsur tanah jarang lainnya dalam pasir monasit, dengan kandungan terbium umumnya 0,03%. Sumber lainnya termasuk yttrium fosfat dan emas tanah jarang, keduanya merupakan campuran oksida yang mengandung hingga 1% terbium.
Aplikasi
Penerapanterbiumsebagian besar melibatkan bidang berteknologi tinggi, yang merupakan proyek mutakhir yang padat teknologi dan padat ilmu pengetahuan, serta proyek yang memiliki manfaat ekonomi 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. Danterbiummerupakan komponen yang sangat penting 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
Tanah jarangterbiumdapat meningkatkan kualitas tanaman dan meningkatkan laju fotosintesis dalam kisaran konsentrasi tertentu. Kompleks terbium memiliki aktivitas biologis yang tinggi, dan kompleks ternerterbium, Tb (Ala) 3BenIm (ClO4) 3-3H2O, memiliki efek antibakteri dan bakterisida yang baik terhadap Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis, dan Escherichia coli, dengan sifat antibakteri spektrum luas. Studi tentang kompleks ini 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 permintaanitriumDaneropa, 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 bubuk fluoresensi hijau tanah jarang menggunakanterbium, sebagai aktivator.
Bubuk fluoresensi hijau yang digunakan untuk tabung sinar katode (CRT) TV berwarna selama ini sebagian besar didasarkan pada seng sulfida yang murah dan efisien, tetapi bubuk terbium selalu digunakan sebagai bubuk hijau proyeksi TV berwarna, seperti 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, bubuk fluoresensi tanah jarang untuk layar sensitisasi dikembangkan, sepertiterbium, oksida lantanum sulfida teraktivasi, oksida lantanum bromida teraktivasi terbium (untuk layar hijau), dan oksida itrium sulfida teraktivasi terbium. Dibandingkan dengan kalsium tungstat, bubuk fluoresensi tanah jarang dapat mengurangi waktu penyinaran sinar-X untuk pasien hingga 80%, meningkatkan resolusi film sinar-X, memperpanjang masa pakai 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%).
Terbiumjuga digunakan sebagai aktivator dalam fosfor LED putih yang dieksitasi oleh cahaya biru untuk pencahayaan semikonduktor baru. 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 elektroluminescent yang terbuat dari terbium terutama meliputi bubuk fluoresensi hijau seng sulfida denganterbiumsebagai aktivator. Di bawah iradiasi ultraviolet, kompleks organik terbium dapat memancarkan fluoresensi hijau yang kuat dan dapat digunakan sebagai bahan elektroluminesensi film tipis. Meskipun kemajuan signifikan telah dibuat dalam studitanah jarangfilm tipis elektroluminesensi kompleks organik, masih terdapat kesenjangan tertentu dari segi kepraktisan, dan penelitian tentang film tipis elektroluminesensi kompleks organik tanah jarang dan perangkatnya masih mendalam.
Karakteristik fluoresensi terbium juga digunakan sebagai probe fluoresensi. Interaksi antara kompleks ofloksasin terbium (Tb3+) dan asam deoksiribonukleat (DNA) dipelajari menggunakan fluoresensi dan spektrum serapan, seperti probe fluoresensi ofloksasin terbium (Tb3+). Hasil penelitian menunjukkan bahwa probe ofloksasin Tb3+ dapat membentuk ikatan alur dengan molekul DNA, dan asam deoksiribonukleat dapat meningkatkan fluoresensi sistem ofloksasin Tb3+ secara signifikan. Berdasarkan perubahan ini, asam deoksiribonukleat 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 itrium dan garnet galium terbium) 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 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. Lapisan tipis paduan logam transisi terbium logam amorf telah digunakan untuk memproduksi cakram magneto optik berkinerja tinggi. Di antara semuanya, lapisan 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 terus mendalamnya revolusi teknologi dunia, bahan aplikasi tanah jarang baru dengan cepat muncul. Pada tahun 1984, Universitas Negeri Iowa, Laboratorium Ames dari Departemen Energi AS, dan Pusat Penelitian Senjata Permukaan Angkatan Laut AS (dari mana personel utama Edge Technology Corporation (ET REMA) yang kemudian didirikan berasal) berkolaborasi untuk mengembangkan bahan cerdas tanah jarang baru, yaitu bahan magnetostriktif feromagnetik terbium disprosium. Bahan cerdas baru ini memiliki karakteristik yang sangat baik untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik dengan cepat. Transduser bawah air dan elektro-akustik yang terbuat dari bahan magnetostriktif raksasa ini telah berhasil dikonfigurasi dalam peralatan angkatan laut, pengeras suara deteksi sumur minyak, sistem pengendalian kebisingan dan getaran, dan eksplorasi laut serta sistem komunikasi bawah tanah. Oleh karena itu, segera setelah bahan 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 pengembangan 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, dengan peningkatan signifikan kekuatan nasional Tiongkok yang komprehensif, permintaan untuk mencapai strategi kompetitif militer abad ke-21 dan meningkatkan tingkat peralatan pasti 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, banyak sekali properti luar biasa dariterbiummenjadikannya 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 bahan yang murah.zat besi disprosiumkobalt atau gadolinium terbium kobalt sebisa mungkin; Usahakan untuk mengurangi kandungan terbium dalam bubuk fluoresensi hijau yang harus digunakan. Harga telah menjadi faktor penting yang membatasi penggunaan secara luasterbium. Namun banyak bahan fungsional tidak dapat hidup tanpanya, jadi kita harus mematuhi prinsip “menggunakan baja yang baik pada bilahnya” dan mencoba menghemat penggunaanterbiumsebanyak mungkin.
Waktu posting: 25-Okt-2023