Тербий

В 1843 году шведский химик К. Г. Мосандер обнаружил примеси в концентрате Y₂O₃ и выделил из него три фракции: иттриевую, розовую terbia (которая содержала современный элемент эрбий) и бесцветную erbia (содержала элемент тербий, нерастворимый оксид тербия имеет коричневый оттенок). Из-за бесцветности erbia существование этого соединения долгое время подвергалось сомнению, также были перепутаны названия фракций. Тербий в исходном концентрате составлял около 1 %, однако этого было достаточно, чтобы придать ему желтоватый оттенок. Чистый тербий начале XX века первым получил французский химик Жорж Урбэн, использовавший технологию ионного обмена^[3].

Наряду ещё с тремя химическими элементами (эрбий, иттербий, иттрий) получил название в честь села Иттербю, находящегося на острове Ресарё, входящем в Стокгольмский архипелаг.

Кларк тербия в земной коре (по Тэйлору) — 4,3 г/т.

Тербий никогда не встречается в природе в виде свободного элемента, однако он содержится во многих минералах, например в гадолините, ксенотиме, церите, монаците и так далее.

Тербий входит в состав семейства «Лантаноиды», которые часто встречаются в Китае, США, Казахстане, России, Украине, Австралии, Бразилии, Индии, Скандинавии^[4]. Значительны запасы в глубоководном месторождении редкоземельных минералов у тихоокеанского острова Минамитори в исключительной экономической зоне Японии^[5].

Полная электронная конфигурация атома тербия: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰5p⁶6s²4f⁹

Тербий — это пластичный, мягкий (тербий настолько мягок, что его можно резать ножом) редкоземельный металл серебристо-белого цвета. Не радиоактивен. Является парамагнетиком, при температуре ниже -46 °C переходит в ферромагнитное состояние.

Единственным стабильным изотопом тербия является ¹⁵⁹Tb. Самым долгоживущим радиоактивным изотопом является ¹⁵⁸Tb с периодом полураспада 180 лет.

Выделяют тербий из смеси редкоземельных элементов методами ионной хроматографии или экстракции.

Главным поставщиком редкоземельных элементов является Китай. Грамотно проводимая им ценовая политика привела к резкому повышению цен (в 5-10 раз) в 2010—2011 годах^[6]. Цена за один килограмм металлического тербия достигала 4400$^[7], к 2016 году цена снизилась до 1000$^[8] за килограмм.

Цена на тербий, как и на прочие редкоземельные элементы, сильно зависит от степени очистки.

В 2013 году 1 грамм тербия чистоты 99,9 % можно было купить за 64 евро^[9].

В России в 2014—2016 годах за металлический слиток весом 2 грамма и чистотой 99,9 % просили 150 евро^[10].

Тербий — весьма необычный металл из ряда лантаноидов и обладает значительным спектром уникальных физических характеристик, впрочем, как и ряд его сплавов и соединений. Тербий — моноизотопный элемент (стабилен только тербий-159).

Сплав тербий-железо — лучший магнитострикционный материал современной техники (особенно его монокристалл) — применяется для производства мощных приводов малых перемещений (например, адаптивная оптика крупных телескопов-рефлекторов), источников звука огромной мощности, сверхмощных ультразвуковых излучателей. Кроме того, ряд соединений тербия также обнаруживает гигантскую магнитострикцию, и в этом отношении особый интерес представляет титанат тербия и, в частности, его монокристалл.

Монокристаллический сплав тербий-кобальт при температурах, близких к абсолютному нулю, является самым мощным магнитотвёрдым материалом (произведение магнитной энергии (BH)_max = 408 кДж/м³, что более чем в 5—7 раз выше, нежели у сплавов самарий-кобальт или железо-неодим-бор).

Теллурид тербия Tb₂Te₃ — хороший термоэлектрический материал, при снижении цены на тербий может быть широко применен для производства термоэлектрогенераторов (термо-э.д.с. 160—170 мкВ/К).

Тербий-галлиевый гранат (Tb₃Ga₅O₁₂, ТГГ) демонстрирует высокие значения постоянной Верде, вследствие чего используется в лазерной технике в качестве материала для фарадеевских вращателей, применяется в оптических изоляторах и циркуляторах.

Вольфрамат тербия постоянно производится и потребляется в электронике в качестве люминофора.

Применение в Органический светодиод-устройствах находят комплексные соединения тербия (наряду с европием и самарием). Это связано с хорошими люминесцентными характеристиками: высокой интенсивностью люминесценции и малой полушириной линий спектра. Такие свойства объясняются запрещённостью переходов между термами f-оболочки, экранированной вышележащими 5s- и 5p-оболочками. Принцип действия таких супрамолекулярных фотофизических устройств (определение Ж. М. Лена) основан на эффекте антенны.

Люминесценция иона Tb³⁺ обусловлена f-f переходами с возбуждённого уровня ⁵D₄ на уровни ⁷F_j, j = 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0. Этим переходам соответствуют полосы люминесценции в люминесцентных спектрах при 680, 670, 650, 620, 590, 545, 490 нм соответственно^[11]. Наиболее интенсивная полоса люминесценции вызывается переходом ⁵D₄-⁷F₅ и находится в зелёной области спектра, что обеспечивает основной вклад в яркую зелёную люминесценцию этого иона. Тербий образует яркие люминесцентные комплексы с рядом лигандов, положение триплетного уровня которых находится в пределах 22900—24500 см⁻¹, в частности, с ароматическими карбоновыми кислотами (бензойной, салициловой), алифатически замещёнными 1-фенил-3-метил-ацилпиразол-5-онами, дикетонами — ацетилацетоном и др.

Для получения OLED-устройств на основе люминесцирующих соединений тербия используются различные методы нанесения тонких плёнок: спинкоатинг, газофазный синтез и др.

Сплавы тербия с гадолинием имеют характеристики, подходящие для конструирования магнитных холодильников.

Оксид тербия применяется в качестве высокоэффективного катализатора окисления.

Фторид тербия совместно с фторидами церия и иттрия используется в микроэлектронике в качестве просветляющего покрытия на кремнии.

В последние годы в производстве компьютеров особое значение^{[прояснить]} приобрел феррит тербия.

По существующим данным, тербий не имеет биологической роли. Как и другие лантаноиды, соединения тербия должны обладать токсичностью ниже среднего, однако подробных исследований на эту тему не проводилось^[12].