必威电竞|足球世界杯竞猜平台

來源:互聯網

(英文名:Terbium),元素符號Tb,原子量158.924。ree,第六周期ⅢB族,原子序數65,鋱外觀為銀灰色金屬,不溶于水,可溶于酸,高溫下易被空氣氧化,化,化學活性較強,可與多種元素反應。鋱可應用于三基色熒光粉、稀土永磁材料、磁致伸縮材料、磁光存儲材料技術領域中。

發現歷史

鋱的發現

1839年,瑞典化學家永斯·貝采利烏斯(J?ns Jakob Berzelius)的原助手莫桑德爾(Mosander C.G)開始尋找尚未被科學家發現的剩余元素。借助三段式沉淀的分離方法,莫桑德爾在1843年成功的從意忒耳比鎮(Ytterby)所產的礦石中分離出了鋱土。在當時,莫桑德爾將分離出的鋱土命名為氧化鉺(erbia)。而后德拉封騰(Delafontaine)及斯密司(J.L.Smith)等人的對這種物質進行了重復驗證,確認是發現了新元素;于1877年將原來的氧化鉺改稱為氧化鋱,其中所含的新元素命名為鋱,以紀念意忒耳比鎮。

鋱的分布

鋱是系ree,在地殼中的豐度很低,僅為1.1ppm,在稀土元素豐度中位列第14位,僅僅高于、和,常常以化合物的形式存在于磷礦和黑稀金礦內,少量存在于磷砂和硅鈹釔礦中,通常與其他稀土元素共存。

鋱的結構

電子結構

鋱的電子結構為[Xe]4f96s2。鋱的+3價離子半徑為0.923?,原子半徑則為1.782?。

晶體結構

鋱有兩種晶體結構,分別為六密方堆積體結構和立方晶系堆積體結構。在常溫下,鋱一般呈現為鋱六密方堆積體結構。而在高溫常壓條件下,鋱元素的晶體結構將會發生轉變,由六密方堆積體結構轉變為體心立方堆積體。

同位素

鋱有一種天然存在的穩定同位素,Tb-159;25種人工放射性同位素,Tb-140~158,Tb-160~165;其中壽命最長的放射性同位素是Tb-158,壽命為2180年;壽命最短的同位素是Tb-142,壽命為0.60秒。

以下是鋱常見的同位素:

理化性質

物理性質

鋱的鹽類化合物為無色,氧化物呈白色;其金屬元素呈銀灰色,質地柔軟,具有延展性;有熒光性可發射離子熒光;不溶于水,可溶于酸,電阻率為0.01145Ω·m。鋱的相對密度為8.23,熔點為1360±4℃,沸點為3123℃。溫度會影響鋱在磁性上的性質,鋱在室溫條件下具有順磁性,而溫度下降至-52.15℃之后,鋱的鐵磁性將展露出來。

化學性質

鋱屬于稀土金屬元素,化學活性較強。常見的化合價為+3和+4。室溫時在空氣中較穩定,在高溫下則很容易被氧化,與水反應很緩慢。金屬鋱可與含碳氣體、鹵族元素、酸、氮、磷及其他元素起作用。

與空氣反應

金屬鋱可在空氣中緩慢氧化失去光澤形成氧化鋱

與水反應

金屬鋱具有很強的正電性,與冷水反應緩慢,與熱水反應很快。

與鹵素反應

金屬鋱可與所有鹵素反應形成鹵化鋱。

與酸的反應

金屬鋱很容易溶解在硫酸中,形成淡粉紅色的的溶液。

化合物

三氧化二鋱

三氧化二鋱是氧化鋱在氫氣中加熱形成的氧化物,外觀呈白色固體,可溶于稀酸。

氧化鋱

氧化鋱為非化學計量的化合物,近似化學式為Tb4O7。外觀上呈暗棕色或黑色固體,不溶于水,可溶于熱的濃酸。可由鋱的草酸鹽硫酸鹽經灼燒制得,常用作磷光體激活劑

氟化鋱

氟化鋱化學式為TbF3,可由氫氟酸與鋱鹽溶液混合制取,所得產物為無色的六方晶體,不溶于水和稀酸,可用于制取金屬鋱。

四氟化鋱

四化鋱化學式為TbF4,在一定溫度下,用金屬鋱或它的低價化合物與氟作用即可得到四氟化鋱。四氟化鋱易被還原,在溶液中可被還原為三價鋱離子。在室溫高真空下,四氟化鋱自動分解失氟。

鋱的制備

制取稀土金屬常用的方法有金屬熱還原法和熔鹽電解法。金屬熱還原法可分為直接還原法和中間合金法。

直接還原法

直接還原法的原理是用金屬鈣作為還原劑直接還原鋱的氟化物,此法一般要求在1450℃以上的高溫下進行,對于工藝設備和操作的要求較高,反應式如下:

由于在高溫下設備材料與金屬鋱的作用加劇,此法還原的金屬鋱常被污染而純度降低。

中間合金法

中間合金法制取金屬鋱的實質依舊是用金屬鈣作為還原劑還原鋱的氟化物,但是在還原物料中加入了一定數量的熔點較低而蒸氣壓較高的金屬元素鎂和助熔劑氯化鈣,還原產物為低熔點的稀土-鎂中間合金。相對于直接還原法,此法降低了還原產物的熔點,對工藝設備和操作要求較低;但是在還原過程進行的同時,還存在低熔Tb-Mg合金的生成過程和CaF2·CaCl2的造渣反應,反應式如下

熔鹽電解法

熔鹽電解法是以碘化鈉氯化稀土為原料,用氯化鉀(或氯化鈉)作電解質,在高溫下進行電解,制備金屬鋱。此法生產成本低且可連續生產,但產品純度較差。

應用領域

由于鋱元素的稀缺性,在其被發現的很長一段時間里并未被人類真正的利用起來。但隨著全球稀土開采提煉業和電子制造業的迅猛發展。鋱元素作為稀土金屬元素的一員重新被人們所重視。鋱的優異物理化學性能不斷得到挖掘,在高新電子和光學領域皆得到了廣泛利用。

三基熒光粉

鋱元素擁有十四個4f電子軌道,在外界能量的激發下,鋱離子核外的電子將會轉變為激發態。隨后,激發態的電子向基態躍遷,由此產生波長為545nm的綠光。因此,鋱成為了幾乎所有稀土綠色熒光粉材料(磷酸鹽基質、硅酸鹽基質、鈰鎂鋁酸鹽基質)的優良激活劑。而這一現象,成為上世紀80年代,世界上第一支緊湊型節能熒光燈發明的基礎。鋱的熒光性質也廣泛用于醫學影像學領域,利用鋱的熒光性質,X放射線轉化為光學影像的清晰度和靈敏度得到較好提升。并且有效減少了放射線對人體的照射劑量,保護了患者的健康。

永磁材料

因為鋱具有良好的順磁性,而在低溫條件下則表現出鐵磁性,在信息領域以及高新制造業,鋱作為提升釹鐵硼材料矯頑力和溫度性能的重要添加劑,被廣泛運用于永磁材料之中。以高純度鋱為靶材的直流磁控濺射法成為鐵硼生產領域的主流工藝之一,鋱在永磁材料中的作用進一步上升。

磁伸縮材料

材料在磁場作用下發生長度或體積變化的現象被稱為磁致伸縮。鋱元素具有承受高應變力的性質,因此被運用在該領域之中。20世紀末,美國第一次研制出了鋱鏑鐵磁致伸縮材料。這種名叫ter苯酚D的材料磁致伸縮系數,較一般磁致伸縮材料相比,可提高100-1000倍,因此鋱鏑鐵磁致伸縮材料又被稱為超磁致伸縮材料,該材料已被運用于水下鉆探傳感器領域和便攜式揚聲共振系統之中,可將任意介質變為揚聲器

儲存材料

鋱元素在計算機儲存領域的應用已達到成熟水平,有鋱和鐵混合制成的非晶態薄膜磁光光盤,相較于傳統儲存材料儲存能力可提高10-15倍。鋱制作的儲存元件具有良好的可讀寫性,由其制作而成的高儲存密度光盤,記錄速度和讀數敏感度都顯著的得到了提升。在使用壽命方面,可實現數據反復刪除寫入數萬次。

農業領域

鋱在農業領域,被廣泛的運用在作農用稀土復合肥料和飼料添加劑領域。鋱元素對提高農作物光合作用速率、抑制農作物致病菌等領域都有良好的效果。但由于其具備一定的毒性,使用時應特別注意。

安全事項

鋱可以與水和空氣發生緩慢的氧化反應,放射性同位素較多。且在危化品分類中屬于F-高度易燃物品和T-有毒物品類,吸入粉塵、皮膚接觸及吞食皆會引起中毒。危險品運輸編號為UN 30894.1/PG 2。因此,在儲藏時應特別注意,屬有毒和易燃化學品。

毒理

鋱對于人類的毒理作用的研究較少,硝酸鋱能誘發蠶豆根尖細胞產生微核。在3~24μg/mL濃度范圍內,鋱的毒理作用呈現劑量和效應正相關關系,有誘發染色體畸變的能力。而在3~12μg/mL濃度范圍內呈劑量-效應關系,可以得知ree鋱會對蠶豆根尖造成一定的遺傳毒性

放射性

鋱的放射性損傷數據較少,在國際放射防護委員會第30號出版物第三部分的《工作人員的放射性核素攝入量限值 國際放射保護委員會第2專門委員會報告》中,依據臨近的鑭系金屬在人肺中的滯留數據,將放射性鋱吸入定為W類,即最大劑量為3x10-4。在放射性沉積病理方面,靜脈注射的鋱主要沉積在肝腎和骨骼之中,肝腎中的鋱代謝較快。而骨骼中的鋱元素將長期沉積下去,對人體造成長期的影響。

參考資料 >

Terbium.webelements.2023-04-26

Terbium: properties of free atoms.webelements.2023-04-26

..2023-03-05

..2023-04-26

Terbium: reactions of elements.UK Department of Chemistry.2023-04-26

..2023-03-06

..2023-03-06

..2023-03-06

..2023-03-06

..2023-03-06

生活家百科家居網