TerbioPertenece a la categoría de tierras raras pesadas, con una baja abundancia en la corteza terrestre, sólo 1,1 ppm.óxido de terbioRepresenta menos del 0,01 % del total de tierras raras. Incluso en el mineral de tierras raras pesadas con alto contenido de itrio y terbio, este solo representa entre el 1,1 % y el 1,2 % del total.tierras raras, lo que indica que pertenece a la categoría “noble” detierras rarasElementos. Durante más de 100 años desde el descubrimiento del terbio en 1843, su escasez y valor han impedido su aplicación práctica durante mucho tiempo. Solo en los últimos 30 años...terbioHa demostrado su talento único.
Descubriendo la Historia
El químico sueco Carl Gustaf Mosander descubrió el terbio en 1843. Descubrió sus impurezas enóxido de itrioyY2O3. ItrioRecibe su nombre del pueblo de Itby, en Suecia. Antes de la aparición de la tecnología de intercambio iónico, el terbio no se aislaba en su forma pura.
Mossander se dividió primeroóxido de itrioen tres partes, todas ellas nombradas en honor a los minerales:óxido de itrio, óxido de erbio, yóxido de terbio. óxido de terbioOriginalmente estaba compuesto de una parte rosa, debido al elemento ahora conocido comoerbio. óxido de erbio(incluido lo que ahora llamamos terbio) era originalmente una sustancia incolora en solución. El óxido insoluble de este elemento se considera marrón.
A los trabajadores posteriores les resultó difícil observar diminutas partículas incoloras.óxido de erbio“, pero no se puede ignorar la parte rosa soluble. El debate sobre la existencia deóxido de erbioHa surgido repetidamente. En medio del caos, el nombre original se invirtió y el intercambio de nombres se estancó, por lo que la parte rosa finalmente se mencionó como una solución que contenía erbio (en la solución, era rosa). Ahora se cree que los trabajadores que usan disulfuro de sodio o sulfato de potasio para eliminar el dióxido de cerio deóxido de itriogirar involuntariamenteterbioen precipitados que contienen cerio. Actualmente conocido comoterbio', sólo alrededor del 1% del originalóxido de itrioestá presente, pero esto es suficiente para transmitir un color amarillo claro aóxido de itrio. Por lo tanto,terbioes un componente secundario que inicialmente lo contenía y está controlado por sus vecinos inmediatos,gadolinioydisprosio.
Posteriormente, siempre que otrostierras rarasDe esta mezcla se separaron los elementos, sin importar la proporción del óxido, se conservó el nombre de terbio hasta que finalmente se obtuvo el óxido marrón deterbioSe obtuvo en forma pura. Los investigadores del siglo XIX no utilizaban tecnología de fluorescencia ultravioleta para observar nódulos de color amarillo brillante o verde (III), lo que facilitaba el reconocimiento del terbio en mezclas o soluciones sólidas.
Configuración electrónica
Disposición electrónica:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f9
La disposición electrónica deterbioes [Xe] 6s₂₄₃f₄. Normalmente, solo se pueden eliminar tres electrones antes de que la carga nuclear se vuelva demasiado grande para ionizarse aún más. Sin embargo, en el caso deterbio, el semi rellenoterbioPermite una mayor ionización del cuarto electrón en presencia de un oxidante muy fuerte como el gas flúor.
Metal
TerbioEs un metal de tierras raras de color blanco plateado con ductilidad, tenacidad y suavidad, que se puede cortar con un cuchillo. Su punto de fusión es de 1360 °C, su punto de ebullición es de 3123 °C y su densidad es de 8229,4 kg/m³. En comparación con los primeros elementos lantánidos, es relativamente estable en el aire. El noveno elemento de los lantánidos, el terbio, es un metal altamente cargado que reacciona con el agua para formar hidrógeno gaseoso.
En la naturaleza,terbioNunca se ha encontrado que sea un elemento libre, presente en pequeñas cantidades en arena de fósforo, cerio y torio y en minerales de silicio, berilio e itrio.TerbioCoexiste con otras tierras raras en la arena de monacita, con un contenido de terbio generalmente del 0,03 %. Otras fuentes incluyen el fosfato de itrio y el oro de tierras raras, ambos mezclas de óxidos con hasta un 1 % de terbio.
Solicitud
La aplicación deterbioSe trata principalmente de campos de alta tecnología, que son proyectos de vanguardia con uso intensivo de tecnología y conocimiento, así como proyectos con importantes beneficios económicos y con atractivas perspectivas de desarrollo.
Las principales áreas de aplicación incluyen:
(1) Se utiliza en forma de tierras raras mixtas. Por ejemplo, se utiliza como fertilizante compuesto de tierras raras y aditivo alimentario para la agricultura.
(2) Activador para polvo verde en tres polvos fluorescentes primarios. Los materiales optoelectrónicos modernos requieren el uso de tres colores básicos de fósforo: rojo, verde y azul, que permiten sintetizar diversos colores.terbioEs un componente indispensable en muchos polvos fluorescentes verdes de alta calidad.
(3) Se utiliza como material de almacenamiento magnetoóptico. Las películas delgadas de aleación de metal de transición de terbio amorfo se han utilizado para fabricar discos magnetoópticos de alto rendimiento.
(4) Fabricación de vidrio magnetoóptico. El vidrio rotatorio de Faraday con terbio es un material clave para la fabricación de rotadores, aisladores y circuladores en tecnología láser.
(5) El desarrollo y perfeccionamiento de la aleación ferromagnetostrictiva de disprosio y terbio (TerFenol) ha abierto nuevas aplicaciones para el terbio.
Para la agricultura y la ganadería
Tierras rarasterbioPuede mejorar la calidad de los cultivos y aumentar la tasa de fotosíntesis dentro de un cierto rango de concentración. Los complejos de terbio tienen una alta actividad biológica, y los complejos ternarios deterbioEl Tb (Ala) 3BenIm (ClO₄) 3-3H₂O posee buenos efectos antibacterianos y bactericidas contra Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis y Escherichia coli, con propiedades antibacterianas de amplio espectro. El estudio de estos complejos abre una nueva línea de investigación para los fármacos bactericidas modernos.
Utilizado en el campo de la luminiscencia.
Los materiales optoelectrónicos modernos requieren el uso de fósforos de tres colores básicos: rojo, verde y azul, que permiten sintetizar diversos colores. El terbio es un componente indispensable en muchos polvos fluorescentes verdes de alta calidad. Si bien la aparición del polvo fluorescente rojo de tierras raras para televisión ha estimulado la demanda de...itrioyeuropioLa aplicación y el desarrollo del terbio se vieron impulsados por el polvo fluorescente verde de tres colores primarios de tierras raras para lámparas. A principios de la década de 1980, Philips inventó la primera lámpara fluorescente compacta de bajo consumo del mundo y la promocionó rápidamente a nivel mundial. Los iones de Tb3+ pueden emitir luz verde con una longitud de onda de 545 nm, y casi todos los polvos fluorescentes verdes de tierras raras utilizan...terbio, como activador.
El polvo fluorescente verde utilizado para tubos de rayos catódicos (CRT) de TV a color siempre se ha basado principalmente en sulfuro de zinc barato y eficiente, pero el polvo de terbio siempre se ha utilizado como polvo verde para TV a color de proyección, como Y2SiO5: Tb3+, Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+ y LaOBr: Tb3+. Con el desarrollo de la televisión de alta definición (HDTV) de pantalla grande, también se están desarrollando polvos fluorescentes verdes de alto rendimiento para CRT. Por ejemplo, se ha desarrollado en el extranjero un polvo fluorescente verde híbrido, que consiste en Y3 (Al, Ga) 5O12: Tb3+, LaOCl: Tb3+ e Y2SiO5: Tb3+, que tienen una excelente eficiencia de luminiscencia a alta densidad de corriente.
El polvo fluorescente de rayos X tradicional es el tungstato de calcio. En las décadas de 1970 y 1980, se desarrollaron polvos fluorescentes de tierras raras para pantallas de sensibilización, comoterbioÓxido de sulfuro de lantano activado, óxido de bromuro de lantano activado con terbio (para pantallas verdes) y óxido de sulfuro de itrio activado con terbio. En comparación con el tungstato de calcio, el polvo fluorescente de tierras raras puede reducir el tiempo de exposición a rayos X en pacientes en un 80 %, mejorar la resolución de las películas radiográficas, prolongar la vida útil de los tubos de rayos X y reducir el consumo de energía. El terbio también se utiliza como activador de polvo fluorescente en pantallas médicas de mejora de rayos X, lo que puede mejorar considerablemente la sensibilidad de la conversión de rayos X en imágenes ópticas, mejorar la claridad de las películas radiográficas y reducir significativamente la dosis de exposición a rayos X para el cuerpo humano (en más del 50 %).
TerbioTambién se utiliza como activador en el fósforo LED blanco excitado por luz azul para la nueva iluminación de semiconductores. Puede utilizarse para producir fósforos de cristal magnetoóptico de terbio-aluminio, utilizando diodos emisores de luz azul como fuentes de luz de excitación. La fluorescencia generada se mezcla con la luz de excitación para producir luz blanca pura.
Los materiales electroluminiscentes fabricados a partir de terbio incluyen principalmente polvo fluorescente verde de sulfuro de zinc conterbiocomo activador. Bajo irradiación ultravioleta, los complejos orgánicos de terbio pueden emitir una intensa fluorescencia verde y pueden utilizarse como materiales electroluminiscentes de película delgada. Si bien se han logrado avances significativos en el estudio de...tierras rarasPelículas delgadas electroluminiscentes de complejos orgánicos: todavía existe una cierta brecha con respecto a la práctica, y la investigación sobre películas delgadas y dispositivos electroluminiscentes de complejos orgánicos de tierras raras aún está en profundidad.
Las características de fluorescencia del terbio también se utilizan como sondas de fluorescencia. Se estudió la interacción entre el complejo de ofloxacino-terbio (Tb3+) y el ácido desoxirribonucleico (ADN) mediante espectros de fluorescencia y absorción, como la sonda de fluorescencia de ofloxacino-terbio (Tb3+). Los resultados mostraron que la sonda de ofloxacino-Tb3+ puede formar un surco de unión con las moléculas de ADN, y que el ácido desoxirribonucleico puede aumentar significativamente la fluorescencia del sistema de ofloxacino-Tb3+. Con base en este cambio, se puede determinar el ácido desoxirribonucleico.
Para materiales magnetoópticos
Los materiales con efecto Faraday, también conocidos como materiales magnetoópticos, se utilizan ampliamente en láseres y otros dispositivos ópticos. Existen dos tipos comunes de materiales magnetoópticos: los cristales magnetoópticos y los vidrios magnetoópticos. Entre ellos, los cristales magnetoópticos (como el granate de itrio y hierro y el granate de terbio y galio) ofrecen las ventajas de una frecuencia de operación ajustable y una alta estabilidad térmica, pero son caros y difíciles de fabricar. Además, muchos cristales magnetoópticos con altos ángulos de rotación de Faraday presentan una alta absorción en el rango de onda corta, lo que limita su uso. En comparación con los cristales magnetoópticos, los vidrios magnetoópticos tienen la ventaja de una alta transmitancia y son fáciles de fabricar en grandes bloques o fibras. En la actualidad, los vidrios magnetoópticos con alto efecto Faraday son principalmente vidrios dopados con iones de tierras raras.
Se utiliza para materiales de almacenamiento magnetoópticos.
En los últimos años, con el rápido desarrollo de la multimedia y la ofimática, ha aumentado la demanda de nuevos discos magnéticos de alta capacidad. Se han utilizado películas delgadas de aleación de metal de transición de terbio amorfo para fabricar discos magnetoópticos de alto rendimiento. Entre ellas, la película delgada de aleación de TbFeCo presenta el mejor rendimiento. Los materiales magnetoópticos basados en terbio se han producido a gran escala, y los discos magnetoópticos fabricados con ellos se utilizan como componentes de almacenamiento informático, con una capacidad de almacenamiento entre 10 y 15 veces mayor. Presentan las ventajas de una gran capacidad y una rápida velocidad de acceso, y pueden limpiarse y recubrirse decenas de miles de veces cuando se utilizan para discos ópticos de alta densidad. Son materiales importantes en la tecnología de almacenamiento de información electrónica. El material magnetoóptico más utilizado en las bandas visible e infrarroja cercana es el monocristal de granate de galio y terbio (TGG), que es el mejor material magnetoóptico para la fabricación de rotadores y aisladores de Faraday.
Para vidrio magnetoóptico
El vidrio magnetoóptico de Faraday presenta buena transparencia e isotropía en las regiones visible e infrarroja, y puede adoptar diversas formas complejas. Es fácil de fabricar productos de gran tamaño y se puede estirar para formar fibras ópticas. Por lo tanto, tiene amplias posibilidades de aplicación en dispositivos magnetoópticos, como aisladores magnetoópticos, moduladores magnetoópticos y sensores de corriente de fibra óptica. Gracias a su elevado momento magnético y bajo coeficiente de absorción en el rango visible e infrarrojo, los iones Tb₃+ se han convertido en iones de tierras raras de uso común en vidrios magnetoópticos.
Aleación ferromagnetoestrictiva de disprosio y terbio
A finales del siglo XX, con la continua profundización de la revolución tecnológica mundial, surgieron rápidamente nuevos materiales de aplicación de tierras raras. En 1984, la Universidad Estatal de Iowa, el Laboratorio Ames del Departamento de Energía de EE. UU. y el Centro de Investigación de Armas de Superficie de la Armada de EE. UU. (de donde provenía el personal principal de la posteriormente establecida Edge Technology Corporation (ET REMA)) colaboraron para desarrollar un nuevo material inteligente de tierras raras: el material magnetoestrictivo ferromagnético de disprosio de terbio. Este nuevo material inteligente posee excelentes características para convertir rápidamente la energía eléctrica en energía mecánica. Los transductores submarinos y electroacústicos hechos de este material magnetoestrictivo gigante se han configurado con éxito en equipos navales, altavoces de detección de pozos petrolíferos, sistemas de control de ruido y vibración, y sistemas de exploración oceánica y comunicación subterránea. Por lo tanto, tan pronto como nació el material magnetoestrictivo gigante de hierro disprosio de terbio, recibió una amplia atención de los países industrializados de todo el mundo. Edge Technologies en los Estados Unidos comenzó a producir materiales magnetostrictivos gigantes de hierro disprosio y terbio en 1989 y los denominó Terfenol D. Posteriormente, Suecia, Japón, Rusia, el Reino Unido y Australia también desarrollaron materiales magnetostrictivos gigantes de hierro disprosio y terbio.
Según la historia del desarrollo de este material en Estados Unidos, tanto su invención como sus primeras aplicaciones monopolísticas están directamente relacionadas con la industria militar (como la marina). Si bien los departamentos militares y de defensa de China están profundizando gradualmente su conocimiento sobre este material, con el significativo aumento de la fuerza nacional integral de China, la necesidad de lograr una estrategia militar competitiva del siglo XXI y mejorar el nivel de equipamiento será sin duda muy urgente. Por lo tanto, el uso generalizado de materiales magnetoestrictivos de terbio disprosio gigante de hierro por parte de los departamentos militares y de defensa nacional será una necesidad histórica.
En resumen, las muchas y excelentes propiedades deterbioLo convierten en un componente indispensable de muchos materiales funcionales y en una pieza irremplazable en algunos campos de aplicación. Sin embargo, debido al alto precio del terbio, se ha estado estudiando cómo evitar y minimizar su uso para reducir los costos de producción. Por ejemplo, los materiales magnetoópticos de tierras raras también deberían utilizar materiales de bajo costo.hierro disprosioCobalto o gadolinio terbio cobalto tanto como sea posible. Intente reducir el contenido de terbio en el polvo fluorescente verde que debe utilizarse. El precio se ha convertido en un factor importante que limita su uso generalizado.terbioPero muchos materiales funcionales no pueden prescindir de él, por lo que debemos adherirnos al principio de "utilizar buen acero en la hoja" y tratar de ahorrar el uso deterbiotodo lo posible.
Hora de publicación: 25 de octubre de 2023