„Terbium“ – Versionsunterschied
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{{Infobox Chemisches Element |
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'''Terbium''' ist ein [[chemisches Element]] im [[Periodensystem|Periodensystem der Elemente]] mit dem Symbol Tb und der [[Ordnungszahl]] 65. |
|||
<!--- Periodensystem ---> |
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{| border="1" cellpadding="2" cellspacing="0" align="right" style="margin-left:0.5em" |
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| Name = Terbium |
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|+ <font size="+1">'''Eigenschaften'''</font> |
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| Symbol = Tb |
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| colspan="2" cellspacing="0" cellpadding="2" | |
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| Ordnungszahl = 65 |
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{| align="center" border="0" |
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| Serie = La |
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| colspan="2" align="center" | [[Gadolinium]] - '''Terbium''' - [[Dysprosium]] |
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| Gruppe = La |
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|----- |
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| Periode = 6 |
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| rowspan="3" valign="center" | '''Tb'''<br>[[Berkelium|Bk]] <br> <br> |
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| Block = f |
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|----- |
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<!--- Allgemein ---> |
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| align="center" | [[Bild:Tb-TableImage.png]] |
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| Aussehen = silbrig weiß |
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<div align="right"><small>[[Periodensystem]]</small></div> |
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| CAS = {{CASRN|7440-27-9}} |
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|} |
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| EG-Nummer = 231-137-6 |
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|----- |
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| ECHA-ID = 100.028.306 |
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! colspan="2" bgcolor="#ffbfff" | Allgemein |
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| Massenanteil = 0,85 ppm<ref name="Harry H. Binder">[[Harry H. Binder]]: ''Lexikon der chemischen Elemente.'' S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.</ref> |
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|----- |
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<!--- Atomar ---> |
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| [[Liste der chemischen Elemente nach dem Namen|Name]], [[Liste der chemischen Elemente nach Symbol|Symbol]], [[Liste der chemischen Elemente nach der Ordnungszahl|Ordnungszahl]] |
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| Hauptquelle = <ref>Die Werte für die Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, aus [https://www.webelements.com/terbium/ www.webelements.com (Terbium)] entnommen.</ref> |
|||
| Terbium, Tb, 65 |
|||
| Atommasse = 158,925354(8)<ref name="CIAAW">IUPAC Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights: ''Standard Atomic Weights of 14 Chemical Elements Revised.'' In: ''Chemistry International.'' 40, 2018, S. 23, {{DOI|10.1515/ci-2018-0409}}.</ref> |
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|----- |
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| Atomradius = 175 |
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| [[Serie des Periodensystems|Serie]] |
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| AtomradiusBerechnet = 225 |
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| [[Lanthanoide]] |
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| KovalenterRadius = 194 |
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| VanDerWaalsRadius = |
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| [[Gruppe des Periodensystems|Gruppe]], [[Periode des Periodensystems|Periode]], [[Block des Periodensystems|Block]] |
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| Elektronenkonfiguration = <nowiki>[</nowiki>[[Xenon|Xe]]<nowiki>]</nowiki> 4[[F-Orbital|f]]<sup>9</sup> 6[[S-Orbital|s]]<sup>2</sup> |
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| [[Lanthanoide|La]], [[Periode-6-Element|6]] , [[f-Block|f]] |
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| Austrittsarbeit = |
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|----- |
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| Ionisierungsenergie_1 = {{ZahlExp|5,8638|suffix=(6)|post=[[Elektronenvolt|eV]]<ref name="NIST-ASD-terbium">{{NIST-ASD|terbium|Abruf=2020-06-13}}</ref>}} ≈ {{ZahlExp|565,77|post=[[Joule|kJ]]/[[mol]]<ref name="Webelements-terbium">{{Webelements|terbium|atoms|Abruf=2020-06-13}}</ref>}} |
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| [[Dichte]], [[Mohshärte]] |
|||
| Ionisierungsenergie_2 = {{ZahlExp|11,513|suffix=(20)|post=eV<ref name="NIST-ASD-terbium" />}} ≈ {{ZahlExp|1110,8|post=kJ/mol<ref name="Webelements-terbium" />}} |
|||
| 8219 [[Kilogramm pro Kubikmeter|kg/m<sup>3</sup>]], k.A. |
|||
| Ionisierungsenergie_3 = {{ZahlExp|21,82|suffix=(3)|post=eV<ref name="NIST-ASD-terbium" />}} ≈ {{ZahlExp|2110|post=kJ/mol<ref name="Webelements-terbium" />}} |
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|----- |
|||
| Ionisierungsenergie_4 = {{ZahlExp|39,33|suffix=(4)|post=eV<ref name="NIST-ASD-terbium" />}} ≈ {{ZahlExp|3790|post=kJ/mol<ref name="Webelements-terbium" />}} |
|||
| [[Farbe|Aussehen]] |
|||
| Ionisierungsenergie_5 = {{ZahlExp|66,5|suffix=(3)|post=eV<ref name="NIST-ASD-terbium" />}} ≈ {{ZahlExp|6420|post=kJ/mol<ref name="Webelements-terbium" />}} |
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| silbrig weiß |
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<!--- Physikalisch ---> |
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| Aggregatzustand = fest |
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! colspan="2" bgcolor="#ffbfff" | Atomar |
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| Modifikationen = |
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|----- |
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| Kristallstruktur = hexagonal |
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| [[Atomgewicht]] |
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| Dichte = 8,253 g/cm<sup>3</sup> (25 [[Grad Celsius|°C]])<ref name="Greenwood">N. N. Greenwood, A. Earnshaw: ''Chemie der Elemente.'' 1. Auflage. VCH, Weinheim 1988, ISBN 3-527-26169-9, S. 1579.</ref> |
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| [[1 E-25 kg|158.92534(2) amu]] |
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| RefTempDichte_K = |
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|----- |
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| Mohshärte = |
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| [[Atomradius]] (berechnet) |
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| Magnetismus = [[Paramagnetismus|paramagnetisch]] ([[Magnetische Suszeptibilität|''χ<sub>m</sub>'']] = 0,11)<ref>Robert C. Weast (Hrsg.): ''CRC Handbook of Chemistry and Physics''. CRC (Chemical Rubber Publishing Company), Boca Raton 1990, ISBN 0-8493-0470-9, S. E-129 bis E-145. Werte dort sind auf g/mol bezogen und in cgs-Einheiten angegeben. Der hier angegebene Wert ist der daraus berechnete maßeinheitslose SI-Wert.</ref> |
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| [[1 E-10 m|175 (225) pm]] |
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| Schmelzpunkt_K = 1629 |
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|----- |
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| Schmelzpunkt_C = 1356 |
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| [[Kovalenter Radius]] |
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| Siedepunkt_K = 3396 K<ref name="Zhang">Yiming Zhang, Julian R. G. Evans, Shoufeng Yang: ''Corrected Values for Boiling Points and Enthalpies of Vaporization of Elements in Handbooks.'' In: ''[[Journal of Chemical & Engineering Data]].'' 56, 2011, S. 328–337, [[doi:10.1021/je1011086]].</ref> |
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| k.A. |
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| Siedepunkt_C = 3123 |
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|----- |
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| MolaresVolumen = 19,30 · 10<sup>−6</sup> |
|||
| [[van der Waals-Radius]] |
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| Verdampfungswärme = 391 kJ·mol<sup>−1</sup><ref name="Zhang" /> |
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| k.A. |
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| Schmelzwärme = 10,8 |
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|----- |
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| Dampfdruck = |
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| [[Elektronenkonfiguration]] |
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| RefTempDampfdruck_K = |
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| <nowiki>[</nowiki>[[Xenon|Xe]]<nowiki>]</nowiki>6s²4f<sup>9</sup> |
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| Schallgeschwindigkeit = 2620 |
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|----- |
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| RefTempSchallgeschwindigkeit_K = 293,15 |
|||
| [[Elektron|e]]<sup>-</sup> 's pro [[Energieniveau]] |
|||
| SpezifischeWärmekapazität = <!--180--> |
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| 2, 8, 18, 27, 8, 2 |
|||
| RefTempSpezifischeWärmekapazität_K = |
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|----- |
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| ElektrischeLeitfähigkeit = 0,870 · 10<sup>6</sup> |
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| [[Oxidationszustand|Oxidationszustände]] ([[Oxid]]) |
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| RefTempElektrischeLeitfähigkeit_K = |
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| 4 (schwach [[Base (Chemie)|basisch]]) |
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| Wärmeleitfähigkeit = 11 |
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|----- |
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| RefTempWärmeleitfähigkeit_K = |
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| [[Kristallstruktur]] |
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<!--- Chemisch ---> |
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| [[Hexagon]]al |
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| Oxidationszustände = '''+3''', +4 |
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|----- |
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| Normalpotential = |
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! colspan="2" bgcolor="#ffbfff" | Physikalisch |
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| Elektronegativität = <!--1,2--> |
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|----- |
|||
| Quelle GHS-Kz = <ref name="Sigma">{{Sigma-Aldrich|ALDRICH|693715|Name=Terbium|Abruf=2017-04-26}}</ref> |
|||
| [[Aggregatzustand]] ([[Magnetismus]]) |
|||
| GHS-Piktogramme = {{GHS-Piktogramme|-}} |
|||
| fest ([[Magnetismus|__]]) |
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| GHS-Signalwort = |
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|----- |
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| H = {{H-Sätze|-}} |
|||
| [[Schmelzpunkt]] |
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| EUH = {{EUH-Sätze|-}} |
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| 1629 [[Kelvin|K]] (1356°[[Celsius|C]]) |
|||
| P = {{P-Sätze|-}} |
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|----- |
|||
| Quelle P = <ref name="Sigma" /> |
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| [[Siedepunkt]] |
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<!--- Isotope ---> |
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| 3503 K (3230°C) |
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| Isotope = |
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|----- |
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{{Infobox Chemisches Element/Isotop |
|||
| [[Molares Volumen]] |
|||
| AnzahlZerfallstypen = 1 |
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| 19.3 [[Wissenschaftliche Notation|×]]10<sup>-3</sup> [[Kubikmeter pro Mol|m<sup>3</sup>/mol]] |
|||
| Symbol = Tb |
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|----- |
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| Massenzahl = 149 |
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| [[Verdampfungswärme]] |
|||
| NH = 0 |
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| 330.9 [[Kilojoule pro Mol|kJ/mol]] |
|||
| Halbwertszeit = 4,1 [[Stunde|h]] |
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|----- |
|||
| Zerfallstyp1ZM = [[Alphastrahlung|α]] |
|||
| [[Schmelzwärme]] |
|||
| Zerfallstyp1ZE = 3,970 |
|||
| 10.8 kJ/mol |
|||
| Zerfallstyp1ZP = [[Promethium|<sup>145</sup>Pr]] |
|||
|----- |
|||
}} |
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| [[Dampfdruck]] |
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{{Infobox Chemisches Element/Isotop |
|||
| k.A. |
|||
| AnzahlZerfallstypen = 1 |
|||
|----- |
|||
| Symbol = Tb |
|||
| [[Schallgeschwindigkeit]] |
|||
| Massenzahl = 152 |
|||
| 2620 [[Meter pro Sekunde|m/s]] bei 293.15 K |
|||
| NH = 0 |
|||
|----- |
|||
| Halbwertszeit = 17,5 [[Stunde|h]] |
|||
! colspan="2" bgcolor="#ffbfff" | Verschiedenes |
|||
| Zerfallstyp1ZM = [[Positronenstrahlung|β<sup>+</sup>]] |
|||
|----- |
|||
| Zerfallstyp1ZE = |
|||
| [[Elektronegativität]] |
|||
| Zerfallstyp1ZP = [[Europium|<sup>148</sup>Eu]] |
|||
| 1.2 ([[Pauling-Skala]]) |
|||
}} |
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|----- |
|||
{{Infobox Chemisches Element/Isotop |
|||
| [[Spezifische Wärmekapazität]] |
|||
| AnzahlZerfallstypen = 1 |
|||
| 180 [[Joule pro Kilogramm und Kelvin|J/(kg*K)]] |
|||
| Symbol = Tb |
|||
|----- |
|||
| Massenzahl = 155 |
|||
| [[Elektrische Leitfähigkeit]] |
|||
| NH = 0 |
|||
| 0.889 10<sup>6</sup>/m [[Ohm (Einheit)|Ohm]] |
|||
| Halbwertszeit = 5,32 [[Tag|d]] |
|||
|----- |
|||
| Zerfallstyp1ZM = [[Elektronen-Einfang|ε]] |
|||
| [[Wärmeleitfähigkeit]] |
|||
| Zerfallstyp1ZE = 0,821 |
|||
| 11.1 [[Watt pro Meter und Kelvin|W/(m*K)]] |
|||
| Zerfallstyp1ZP = [[Gadolinium|<sup>155</sup>Gd]] |
|||
|----- |
|||
}} |
|||
| 1. [[Ionisierungsenergie]] || 565.8 kJ/mol |
|||
{{Infobox Chemisches Element/Isotop |
|||
|----- |
|||
| AnzahlZerfallstypen = 1 |
|||
| 2. Ionisierungsenergie || 1110 kJ/mol |
|||
| Symbol = Tb |
|||
|----- |
|||
| Massenzahl = 156 |
|||
| 3. Ionisierungsenergie || 2114 kJ/mol |
|||
| NH = 0 |
|||
|----- |
|||
| Halbwertszeit = 5,35 [[Tag|d]] |
|||
| 4. Ionisierungsenergie || 3839 kJ/mol |
|||
| Zerfallstyp1ZM = [[Elektronen-Einfang|ε]] |
|||
|----- |
|||
| Zerfallstyp1ZE = 2,444 |
|||
! colspan="2" bgcolor="#ffbfff" | Stabilste Isotope |
|||
| Zerfallstyp1ZP = [[Gadolinium|<sup>156</sup>Gd]] |
|||
|----- |
|||
}} |
|||
| colspan="2" | |
|||
{{Infobox Chemisches Element/Isotop |
|||
{| border="1" cellspacing="0" cellpadding="2" width="100%" |
|||
| AnzahlZerfallstypen = 1 |
|||
! [[Isotop|Isotop]] |
|||
| Symbol = Tb |
|||
! [[Natürliche Häufigkeit|NH]] |
|||
| Massenzahl = 157 |
|||
! [[Halbwertszeit|t<sub>1/2</sub>]] |
|||
| NH = 0 |
|||
! [[Zerfallsmodus|ZM]] |
|||
| Halbwertszeit = 71 [[Jahr|a]] |
|||
! [[Zerfallsenergie|ZE]] [[mega|M]][[Elektronenvolt|eV]] |
|||
| Zerfallstyp1ZM = [[Elektronen-Einfang|ε]] |
|||
! [[Zerfallsprodukt|ZP]] |
|||
| Zerfallstyp1ZE = 0,060 |
|||
|----- |
|||
| <sup>157</sup> |
| Zerfallstyp1ZP = [[Gadolinium|<sup>157</sup>Gd]] |
||
}} |
|||
| [[Synthetisches Radioisotop|{syn.}]] |
|||
{{Infobox Chemisches Element/Isotop |
|||
| [[1 E_ s|71 a]] || [[Elektronen-Einfang|ε]] |
|||
| AnzahlZerfallstypen = 2 |
|||
| 0.060 || <sup>157</sup>[[Gadolinium|Gd]] |
|||
| Symbol = Tb |
|||
|----- |
|||
| Massenzahl = 158 |
|||
| rowspan="2" | <sup>158</sup>Tb || rowspan="2" | {syn.} |
|||
| NH = 0 |
|||
| rowspan="2" | [[1 E_ s|180 a]] || ε || 1.220 |
|||
| Halbwertszeit = 180 [[Jahr|a]] |
|||
| <sup>158</sup>Gd |
|||
| Zerfallstyp1ZM = [[Elektronen-Einfang|ε]] |
|||
|----- |
|||
| Zerfallstyp1ZE = 1,220 |
|||
| [[Beta-Strahlung|β<sup>-</sup>]] |
|||
| |
| Zerfallstyp1ZP = [[Gadolinium|<sup>158</sup>Gd]] |
||
| Zerfallstyp2ZM = [[Betastrahlung|β<sup>−</sup>]] |
|||
|----- |
|||
| Zerfallstyp2ZE = 0,937 |
|||
| <sup>159</sup>Tb || 100% |
|||
| Zerfallstyp2ZP = [[Dysprosium|<sup>158</sup>Dy]] |
|||
| colspan="4" | <sup>159</sup>Tb ist [[Stabiles Isotop|stabil]] mit 94 [[Neutron]]en |
|||
}} |
|||
{{Infobox Chemisches Element/Isotop |
|||
|----- |
|||
| AnzahlZerfallstypen = 0 |
|||
! colspan="2" bgcolor="#ffbfff" | NMR-Eigenschaften |
|||
| Symbol = Tb |
|||
|----- |
|||
| Massenzahl = 159 |
|||
| colspan="2" | |
|||
| NH = '''100''' |
|||
{| border="1" cellspacing="0" cellpadding="2" width="100%" |
|||
}} |
|||
! | |
|||
{{Infobox Chemisches Element/Isotop |
|||
! <sup>159</sup>Tb |
|||
| AnzahlZerfallstypen = 1 |
|||
|----- |
|||
| Symbol = Tb |
|||
| [[Kernspin]] || 3/2 |
|||
| Massenzahl = 160 |
|||
|----- |
|||
| NH = 0 |
|||
| gamma / [[rad]]/[[Tesla (Einheit)|T]] |
|||
| Halbwertszeit = 72,3 [[Tag|d]] |
|||
| 6.067e7 |
|||
| Zerfallstyp1ZM = [[Betastrahlung|β<sup>−</sup>]] |
|||
|----- |
|||
| Zerfallstyp1ZE = 1,835 |
|||
| Empfindlichkeit || 0.0583 |
|||
| Zerfallstyp1ZP = [[Dysprosium|<sup>160</sup>Dy]] |
|||
|----- |
|||
}} |
|||
| [[Larmorfrequenz]] bei B="4".7[[Tesla (Einheit)|T]] |
|||
{{Infobox Chemisches Element/Isotop |
|||
| 45.4 [[mega|M]][[Hertz (Einheit)|Hz]] |
|||
| AnzahlZerfallstypen = 1 |
|||
|} |
|||
| Symbol = Tb |
|||
|----- |
|||
| Massenzahl = 161 |
|||
! colspan="2" bgcolor="#ffbfff" | <font size="-1">[[SI-Einheitensystem|SI]]-Einheiten und [[Standardbedingungen]] werden benutzt,<br>sofern nicht anders angegeben.</font> |
|||
| NH = 0 |
|||
|} |
|||
| Halbwertszeit = 6,88 [[Tag|d]] |
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== Eigenschaften und Verhalten == |
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| Zerfallstyp1ZM = [[Betastrahlung|β<sup>−</sup>]] |
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Das silbergraue Seltene Erdmetall ist duktil und schmiedbar. Mit dem Messer kann es geschnitten werden. Bei Temperaturen oberhalb 1298°C; wandelt sich α-Terbium (hcp-Gefüge) in βTerbium um. <br>In Luft ist Terbium relativ beständig, es überzieht sich mit einer Oxidschicht. Bei Temperaturen oberhalb von 150°C verbrennt es zum Terbiumdioxid TbO<sub>2</sub>. Mit Wasser reagiert es unter Wasserstoffentwicklung zum Hydroxid.<br> |
|||
| Zerfallstyp1ZE = 0,593 |
|||
| Zerfallstyp1ZP = [[Dysprosium|<sup>161</sup>Dy]] |
|||
}} |
|||
| NMREigenschaften = |
|||
{{Infobox Chemisches Element/NMR |
|||
| Symbol = Tb |
|||
| Massenzahl_1 = 159 |
|||
| Kernspin_1 = 3/2 |
|||
| Gamma_1 = 6,431 · 10<sup>7</sup> |
|||
| Empfindlichkeit_1 = |
|||
| Larmorfrequenz_1 = 24,04 |
|||
}} |
|||
}} |
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'''Terbium''' ist ein [[chemisches Element]] mit dem [[Elementsymbol]] Tb und der [[Ordnungszahl]] 65. Im [[Periodensystem]] steht es in der Gruppe der [[Lanthanoide]] und zählt damit auch zu den [[Metalle der Seltenen Erden|Metallen der Seltenen Erden]]. Wie die anderen Lanthanoide ist Terbium ein silberglänzendes, weiches [[Schwermetall]]. |
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== Abbildungen == |
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[http://www.seltenerden.de?arg=zoom&art=150&element=Tb&linkid=wiki-Tb] |
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Terbium wurde 1843 zusammen mit [[Erbium]] von [[Carl Gustav Mosander]] bei der Untersuchung von [[Yttrium]] entdeckt. Wie Erbium, Yttrium und das später entdeckte [[Ytterbium]] wurde Terbium nach der [[Grube Ytterby]] bei [[Stockholm]] benannt, aus der das Erz stammte, das bei den Entdeckungen untersucht wurde. |
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== Anwendungen == |
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Terbium wird zum Dotieren von Calciumfluorid, Calciumwolframat und Strontiummolybdat zur Verwendung in Halbleitern? (solid-state devices) verwendet. Zusammen mit Zirkondioxid dient es zur Gefügestabilisierung in Hochtemperatur-Brennstoffzellen. Das Oxid wird dem grünen Leuchstoff in Bildröhren und Fluoreszenzlampen zugesetzt. Natriumterbiumborat dient als Lasermaterial zur Erzeugung von kohärentem Licht mit einer Wellenlänge von 546 nm. |
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Terbium wird vor allem als grün-emittierender [[Leuchtstoff]] in [[Leuchtstoffröhre]]n sowie zur Verbesserung der Eigenschaften von [[Neodym-Eisen-Bor]]-[[Permanentmagnet]]en eingesetzt. Diese werden unter anderem in [[Computer]]n, [[Elektroauto]]s oder [[Windkraftanlage]]n verwendet. Wie andere schwere Seltene Erden wird das Element fast ausschließlich in [[Volksrepublik China|China]] produziert. Auf Grund der großen technischen Bedeutung und der Abhängigkeit von China hat die [[Europäische Union]] Terbium auf die [[Liste der kritischen Rohstoffe]] gesetzt. |
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Terbium-Eisen-Cobalt- oder Terbium-Gadolinium-Eisen-Cobalt-Legierungen dienen als Beschichtung in wiederbeschreibbaren MO-Disks (magneto-optisch). |
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Terbium-Dyprosium-haltige Legierungen zeigen eine starke Magnetostriktion (Längenänderung durch ein Magnetfeld oder magnetische Impulse bei Längenänderung). Solche Legierungen werden in der Materialprüftechnik eingesetzt. |
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In Neodym-Eisen-Bor-Magneten erhöhen sie die Koerzivität. |
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== Geschichte == |
== Geschichte == |
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Die Entdeckung des Terbiums begann 1843, als [[Carl Gustav Mosander]] [[Yttrium]] mittels [[Fraktionierte Kristallisation (Chemie)|fraktionierter Kristallisation]] genauer untersuchte und dabei feststellte, dass es aus drei verschiedenfarbenen Substanzen bestand. Für einen farblosen Niederschlag beließ er den Namen ''Yttrium'', einen gelben nannte er ''Erbium'', einen rosafarbenen ''Terbium''. Alle drei Namen beruhen auf dem Namen der [[Grube Ytterby]], der [[Typlokalität]] von [[Gadolinit]], dem ersten Erz, aus dem die Elemente gewonnen werden konnten.<ref>C. G. Mosander: ''XXX. On the new metals, lanthanium and didymium, which are associated with cerium; and on erbium and terbium, new metals associated with yttria.'' In: ''The London Edinburgh and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science.'' 1843, Band 23, Nummer 152, S. 241–254 {{DOI|10.1080/14786444308644728}}.</ref> 1860 wiederholte [[Nils Johan Berlin]] diese Experimente, fand jedoch nur einen rosafarbenen Niederschlag, den er – abweichend von Mosander – ''Erbium'' nannte und bestritt die Existenz des Terbiums.<ref name="Miskowiec">Paweł Miśkowiec: ''Name game: the naming history of the chemical elements: part 2—turbulent nineteenth century.'' In: ''Foundations of Chemistry.'' 2022, Band 25, Nummer 2, S. 215–234 {{DOI|10.1007/s10698-022-09451-w}}.</ref> Ebenso fand [[Robert Bunsen]] in Mosanders ''Terbiterde'' nur ein Gemisch aus Erbium-, Yttrium- und Ceroxiden.<ref>J. Bahr, Robert Bunsen: ''Ueber Erbinerde und Yttererde.'' In: ''Justus Liebig s Annalen der Chemie.'' 1866, Band 137, Nummer 1, S. 1–33 {{DOI|10.1002/jlac.18661370102}}.</ref> |
|||
Die Entdeckung des Elementes Terbium ist sehr verworren und bis heute nicht geklärt. Allgemein sieht man [[Carl Gustav Mosander]] als Entdecker an, der Anfang der 1840er die von [[Johan Gadolin]] entdeckte Yttererde untersuchte. Die vermeintlich reine Terbium-Verbindung war aber eine Mischung mehrerer Lanthanide gewesen (Bunsen). |
|||
[[Marc Delafontaine]] war dagegen weiter von der Existenz des Terbiums überzeugt und fand schließlich bei Untersuchungen von [[Samarskit-(Y)|Samarskit]] das gesuchte Element, was von [[Jean Charles Galissard de Marignac]] durch Zerlegung von [[Gadolinit]] bestätigt werden konnte. Nach dieser Bestätigung blieb es jedoch bei der Namensvertauschung gegenüber dem ursprünglichen Vorschlag von Mosander.<ref name="Miskowiec"/><ref>C. James, D. W. Bissel: ''Terbium.'' In: ''[[Journal of the American Chemical Society]].'' 1914, Band 36, Nummer 10, S. 2060–2066 {{DOI|10.1021/ja02187a009}}.</ref> |
|||
Reines Terbium wurde erst mit Aufkommen der Ionenaustauschtechnik (nach 1945) hergestellt. |
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Durch Gadolinium und Dysprosium verunreinigtes metallisches Erbium wurde erstmals 1936 von [[Wilhelm Klemm (Chemiker)|Wilhelm Klemm]] und [[Heinrich Bommer]] erhalten. Sie gewannen das Metall durch Reduktion von [[Terbium(III)-chlorid]] mit [[Kalium]] bei 250 °C. Weiterhin bestimmten sie die ungefähre [[Kristallstruktur]] und die magnetischen Eigenschaften des Metalls.<ref>W. Klemm, H. Bommer: ''Zur Kenntnis der Metalle der seltenen Erden.'' In: ''Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie.'' 231, 1937, S. 138–171, [[doi:10.1002/zaac.19372310115]].</ref> Die Gewinnung von reinem Terbium gelang erst nach der Entwicklung von [[Ionenaustauscher|Ionenaustausch]]-Verfahren zur Trennung von Seltenen Erden.<ref name="CRC4-31">{{CRC Handbook |Auflage=85 |Kapitel=4|Startseite= 31}}</ref> |
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Aus dem schwedischen Ortsnamen Ytterby leitete Mosander die Elementbezeichnung ab. |
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== Vorkommen == |
== Vorkommen == |
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Terbium ist auf der Erde ein seltenes Element, seine [[Liste der Häufigkeiten chemischer Elemente|Häufigkeit]] in der [[Kontinentale Erdkruste|kontinentalen Erdkruste]] beträgt etwa 1,2 [[Parts per million|ppm]]. Unter den Lanthanoiden zählt es zu den seltensten Elementen, nur [[Thulium]], [[Lutetium]] und das radioaktive [[Promethium]] sind seltener.<ref>{{CRC Handbook |Auflage=85 |Kapitel=14|Startseite= 14}}</ref> |
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Natürlich kommt Terbium nur in Verbindungen vor. Bekannte terbiumhaltige Minarale sind : |
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* Cerit |
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* Monazit (Ce,LaTh,Nd,Y)PO<sub>4</sub> mit einem Tb-Gehalt von max. 0,03% |
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* Gadolinit (Vorkommen bei Ytterby sind erschöpft) |
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* Xenitim YPO<sub>4</sub> |
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* Euxenit (Y,Ca,Er,La,Ce,U,Th)(Nb,Ta,Ti)<sub>2</sub>O<sub>6</sub> mit einem Tb-Gehalt von max. 1% |
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Es sind keine Terbiumminerale bekannt, das Element kommt stets [[Paragenese|vergesellschaftet]] mit anderen schweren Seltenerdelementen in Erzen vor. Die wichtigsten dieser Minerale sind [[Bastnäsit]], [[Monazit]] und [[Xenotim]]. Von diesen besitzt Xenotim mit etwa 1 % den höchsten Terbiumanteil.<ref name="Sinha">Manish Kumar Sinha, Himanshu Tanvar, Sushanta Kumar Sahu, Brajendra Mishra: ''A Review on Recovery of Terbium from Primary and Secondary Resources: Current State and Future Perspective.'' In: ''Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review.'' 2023, Band 45, Nummer 7, S. 743–766 {{DOI|10.1080/08827508.2023.2253490}}.</ref> |
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== Herstellung == |
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Nach einer aufwändigen Abtrennung der anderen Terbiumbegleiter wird das Oxid mit [[Fluorwasserstoff]] zum Terbiumfluorid umgesetzt. Anschließend wird mit Calcium unter Bildung von Calciumfluorid zum Terbium reduziert. Abtrennung verbleibender Calciumreste und Verunreinigungen erfolgen in einer zusätzlichen Umschmelzung im Vakuum. |
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Die kommerziell wichtigste Quelle für Terbium sind ionenadsorbierende [[Tonminerale]] ([[Regolith-hosted ion-adsorption deposits]], IADs). Diese entstehen bei der [[Verwitterung]] von Muttergesteinen vor allem in den [[Subtropen]] und adsorbieren die in den Ausgangsgesteinen enthaltenen Seltenerdmetalle. IAD-Vorkommen besitzen zwar nur einen relativ geringen Anteil an Seltenerdelementen von 0,05 bis 0,2 %, diese lassen sich jedoch relativ einfach durch [[Auslaugung|Auslaugen]] aus den Tonmineralen lösen.<ref name="Nature Communications">A. Borst, Martin Smith, Adrian A. Finch, Guillaume Estrade, Cristina Villanova-de-Benavent, Peter Nason, Eva Marquis, Nicola J. Horsburgh, Kathryn Goodenough, Cheng Xu, Jindřích Kynický, Kalotina Geraki: ''Adsorption of rare earth elements in regolith-hosted clay deposits.'' In: ''Nature Communications.'' 2020, Band 11, Nummer 1 {{DOI|10.1038/s41467-020-17801-5}}.</ref><ref name="Sinha"/> |
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Die wichtigsten Vorkommen von ionenadsorbierenden Tonmineralen liegen im Süden [[Volksrepublik China|Chinas]], aber auch in [[Myanmar]], [[Vietnam]], [[Malawi]], [[Brasilien]], den [[Philippinen]] und den [[Vereinigte Staaten|Vereinigten Staaten]] sind Vorkommen bekannt. Kommerziell ausgebeutet werden vor allem die Vorkommen in Südchina und Myanmar.<ref name="Nature Communications"/> Erhebliche Mengen Terbium werden durch illegalen Abbau in China gewonnen.<ref name="Resources Policy">Cuixia Gao, Yufei Xu, Yong Geng, Shijiang Xiao: ''Uncovering terbium metabolism in China: A dynamic material flow analysis.'' In: ''Resources Policy.'' 2022, Band 79, S. 103017 {{DOI|10.1016/j.resourpol.2022.103017}}.</ref> Nach Recherchen von [[Global Witness]] wurden Regionen im [[Kachin-Staat]] in Myanmar seit 2017 wichtige Abbaugebiete insbesondere von Terbium und [[Dysprosium]]. So betrug der Export von schweren Seltenen Erden von Myanmar nach China 2023 über 40.000 Tonnen. Dies hat erhebliche Umweltzerstörungen zur Folge und Einfluss auf den [[Bürgerkrieg in Myanmar seit 2021|Bürgerkrieg in Myanmar]]. 2023 verdiente die [[State Administration Council|Militärregierung]] 1,4 Milliarden Dollar mit dem Export von schweren Seltenen Erden wie Terbium.<ref>Global Witness: ''[https://globalwitness.org/en/campaigns/transition-minerals/fuelling-the-future-poisoning-the-present-myanmars-rare-earth-boom/ Fuelling the future, poisoning the present: Myanmar’s rare earth boom].'' veröffentlicht am 23. Mai 2024, abgerufen am 22. April 2025.</ref> |
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== Verbindungen == |
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* Terbiumoxid Tb<sub>2</sub>O<sub>3</sub> |
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== Gewinnung und Darstellung == |
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* Terbiumdioxid TbO<sub>2</sub> |
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[[Datei:Terbium (Element - 65) 2.jpg|mini|links|Terbiummetall]] |
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Um Terbium herzustellen, muss zunächst eine Seltenerdmetallchlorid-Lösung aus den Ausgangserzen gewonnen werden. Die Verfahren dazu unterscheiden sich je nach Erz, so wird Bastnäsit bei 620 °C [[Kalzinierung|calciniert]] und anschließend mit [[Salzsäure]] ausgelaugt.<ref name="Sinha"/> |
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Ionenadsorbierender Ton wird nicht abgebaut und dann weiterverarbeitet, stattdessen werden Löcher in das Vorkommen gebohrt und der Ton dann über längere Zeit (150 bis 400 Tage) mit Salzlösungen (beispielsweise einer [[Ammoniumsulfat]]lösung) [[Auslaugung|ausgelaugt]]. Dabei werden die im Ton gebundenen Seltenerdmetall-Ionen durch Ammoniumionen ersetzt und so gelöst. Über die Zeit steigt die Seltenerdmetall-Konzentration der Lösung. Ist die Konzentration hoch genug, wird über eine [[pH-Wert]]-Änderung mitgelöstes [[Aluminium]] abgetrennt und anschließend die Seltenerdmetalle mit [[Ammoniumhydrogencarbonat]] oder [[Oxalsäure]] gefällt. Mittels Calcinierung entsteht ein Mischoxid, das mit Salzsäure ausgelaugt wird. Werden einzelne Elemente benötigt, wird für die Trennung das Chlorid durch Nitrat ersetzt.<ref>Ehsan Vahidi, Julio Navarro, Fu Zhao: ''An initial life cycle assessment of rare earth oxides production from ion-adsorption clays.'' In: ''Resources Conservation and Recycling.'' 2016, Band 113, S. 1–11 {{DOI|10.1016/j.resconrec.2016.05.006}}.</ref><ref name="Sinha"/> |
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Die Trennung der einzelnen Seltenerdmetalle untereinander ist – bedingt durch die Ähnlichkeit der Elemente – kompliziert und wird vorwiegend durch [[Extraktion (Trennverfahren)|Extraktionsverfahren]] mit unterschiedlichen Lösungsmitteln durchgeführt. Andere Verfahren, wie [[Fraktionierte Kristallisation (Chemie)|fraktionierte Kristallisation]] oder [[Ionenaustausch]] spielen technisch keine Rolle mehr.<ref name="Sinha"/> |
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Die Herstellung metallischen Terbiums aus [[Terbium(III)-oxid]] erfolgt in zwei Schritten. Zunächst wird das Oxid mit [[Flusssäure]] in [[Terbium(III)-fluorid]] umgewandelt und durch Erhitzen im Vakuum von Sauerstoffresten befreit. Anschließend wird es mit [[Calcium]] bei 1500 °C reduziert und das entstandene [[Calciumfluorid]] abgetrennt.<ref name="Sinha"/> Es sind auch [[Elektrolyse|elektrolytische]] Verfahren zur Gewinnung von metallischem Terbium bekannt. So kann festes [[Terbium(III,IV)-oxid]] in geschmolzenem [[Calciumchlorid]] bei 850 °C reduziert werden.<ref>Dihua Wang, Guohong Qiu, Xianbo Jin, Xiaohong Hu, George Z. Chen: ''Electrochemical Metallization of Solid Terbium Oxide.'' In: ''Angewandte Chemie.'' 2006, Band 118, Nummer 15, S. 2444–2448 {{DOI|10.1002/ange.200503571}}.</ref> Auch ein Verfahren zur elektrolytischen Reduktion von Terbium(III)-oxid in einer Terbium(III)-fluorid/[[Lithiumfluorid]]-Schmelze wurde entwickelt.<ref>{{Patent|Land=US|V-Nr=5258103|Titel=Process for producing terbium alloy or terbium metal|V-Datum=1993-11-02}}</ref> |
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Die Menge an produziertem Terbium betrug 2011 in China 545 Tonnen und wurde bis 2020 auf 690 Tonnen gesteigert.<ref name="Resources Policy"/> |
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Auf Grund der hohen wirtschaftlichen und technologischen Bedeutung sowie der eingeschränkten Verfügbarkeit und hohen Abhängigkeit von China als Produzent hat die [[Europäische Union]] Terbium auf die [[Liste der kritischen Rohstoffe]] gesetzt.<ref name="Consilium">Europäischer Rat: ''[https://www.consilium.europa.eu/de/infographics/critical-raw-materials/ Ein EU-Gesetz zu kritischen Rohstoffen für die Zukunft der EU Lieferketten].'' In: ''consilium.europa.eu'', abgerufen am 24. April 2025.</ref> Ähnliches wurde von den [[Vereinigte Staaten|Vereinigten Staaten]] veranlasst.<ref>U.S. Department of Energy: ''Critical Materials Assessment'', erstellt im Juli 2023, abgerufen am 24. April 2025 ([https://www.energy.gov/sites/default/files/2023-07/doe-critical-material-assessment_07312023.pdf pdf]).</ref> Nach Medienberichten gehört Terbium zu den sieben Seltenen Erden, für die China im April 2025 ein Exportverbot erlassen hat.<ref>''[https://www.manager-magazin.de/politik/weltwirtschaft/handelskonflikt-china-stoppt-export-seltener-erden-a-56c30521-7420-402b-bcbf-320e5f4b529a China blockiert den Export seltener Erden].'' In: ''manager-magazin.de'', erstellt am 15. April 2025, abgerufen am 24. April 2025.</ref> |
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Neben den Erzen stellen auch [[Sekundärrohstoff]]e eine Quelle für Terbium dar. Insbesondere [[Leuchtstofflampe]]n bzw. der in ihnen enthaltene Leuchtstoff enthalten größere Mengen Terbium.<ref name="Sinha"/> Es werden verschiedene Verfahren erforscht, mit denen Terbium und andere Seltene Erden extrahiert werden können.<ref>Jiakai Zhang, Gisele Azimi: ''Recovery of Terbium, Europium, and Yttrium from Waste Fluorescent Lamp Using Supercritical Fluid Extraction.'' In: ''The minerals, metals & materials series.'' 2022, S. 275–284 {{DOI|10.1007/978-3-030-92563-5_29}}.</ref><ref>Valentina Innocenzi, Nicolò Maria Ippolito, Ida De Michelis, Franco Medici, Francesco Vegliò: ''A hydrometallurgical process for the recovery of terbium from fluorescent lamps: Experimental design, optimization of acid leaching process and process analysis.'' In: ''Journal of Environmental Management.'' 2016, Band 184, S. 552–559 {{DOI|10.1016/j.jenvman.2016.10.026}}.</ref> Die bisher recyclten Mengen an Terbium sind aber noch gering, in der Europäischen Union wurden 2020 6 % des genutzten Terbiums durch Recycling gewonnen (End-of-Life-Recycling-Input-Rate, EoL-RIR).<ref>European Commission: Directorate-General for Internal Market, Industry, Entrepreneurship and SMEs, Blengini, G. A., El Latunussa, C., Eynard, U., Torres De Matos, C. et al.: ''Study on the EU's list of critical raw materials (2020) – Final report'', Publications Office of the European Union, 2020, S. 25, {{DOI|10.2873/11619}}.</ref> Durch den ''[[Critical Raw Materials Act]]'' von 2024 wird das Recycling in der EU weiter gefördert.<ref name="Consilium"/> Auch das [[US-Verteidigungsministerium]] förderte 2024 die Erhöhung der Terbiumproduktion durch Recycling in den Vereinigten Staaten mit 4,2 Millionen Dollar.<ref>U.S. Department of Defence: ''[https://www.defense.gov/News/Releases/Release/Article/3898948/department-of-defense-awards-422-million-to-increase-production-of-terbium-and/ Department of Defense Awards $4.22 Million to Increase Production of Terbium and Other Rare Earth Elements].'' erstellt am 9. September 2024, abgerufen am 4. Mai 2025.</ref> |
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Der Preis von Terbium schwankte in den letzten Jahren stark. Nach einer Spitze 2011 mit einem Preis von 2350 $ pro Kilogramm fiel er deutlich auf unter 500 $ pro Kilogramm 2016. Seitdem und vor allem ab 2020 stieg der Preis für Terbium stark an auf über 2000 $ pro Kilogramm 2022. Verantwortlich hierfür ist der erhöhte Bedarf an Terbium für Permanentmagnete in Elektroautos.<ref>Athanasios K. Karamalidis, Roderick Eggert: ''Rear Eath Elements: Sustainable Recovery, Processing, and Purification.'' Wiley, 2024, ISBN 978-1-119-51503-6, S. 19.</ref> |
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== Eigenschaften == |
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=== Physikalische Eigenschaften === |
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[[Datei:Hexagonal dichteste Kugelpackung.svg|mini|Kristallstruktur von Terbium]] |
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Terbium ist ein silbergraues, formbares [[Schwermetall]]. Es ist so weich, dass man es mit einem Messer schneiden kann. In seinen Eigenschaften ist es sehr ähnlich zu den benachbarten Lanthanoiden und, wie durch die Lanthanoidenkontraktion zu erwarten, liegt der [[Schmelzpunkt]] von 1356 °C zwischen dem niedrigeren von Gadolinium (1312 °C) und dem höheren von Dysprosium (1407 °C).<ref name="CRC4-31"/> |
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Das Metall [[Kristallstruktur|kristallisiert]] wie viele andere schwere Lanthanoide in einer [[Hexagonal dichteste Kugelpackung|hexagonal dichtesten Kugelpackung]] mit den [[Gitterparameter]]n ''a'' = 360 pm und ''c'' = 569 pm.<ref>F. H. Spedding, A.H. Daane, K. W. Herrmann: ''The crystal structures and lattice parameters of high-purity scandium, yttrium and the rare earth metals.'' In: ''Acta Crystallographica.'' 1956, Band 9, Nummer 7, S. 559–563 {{DOI|10.1107/S0365110X5600156X}}.</ref> Oberhalb von 1289 °C bildet sich eine [[Hochdruckmodifikation]] mit [[Kubisch dichteste Kugelpackung|kubischer]] Kristallstruktur (β-Tb).<ref>K. A. Gschneidner, F. W. Calderwood: ''The Er-Tb (Erbium-Terbium) system.'' In: ''Bulletin of Alloy Phase Diagrams.'' 1983, Band 4, Nummer 3, S. 298–299 {{DOI|10.1007/BF02868675}}.</ref> Hierfür wurde ein Gitterparameter ''a'' = 407 pm berechnet.<ref>{{CRC Handbook |Auflage=85 |Kapitel=4|Startseite=113}}</ref> |
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Terbium besitzt drei verschiedene [[Magnetismus|magnetische]] Phasen. Unterhalb der [[Curie-Temperatur]] von 219 K (−54 °C) ist das Metall [[Ferromagnetismus|ferromagnetisch]]. Oberhalb der [[Néel-Temperatur]] von 231 K (−42 °C) liegt [[Paramagnetismus]] vor. Im Temperaturbereich dazwischen besitzt das Element [[Helimagnetismus]].<ref>Radel Gimaev, V. I. Zverev, V.D. Mello: ''Magnetic properties of single-crystalline terbium and holmium – Experiment and modeling.'' In: ''Journal of Magnetism and Magnetic Materials.'' 2020, Band 505, S. 166781 {{DOI|10.1016/j.jmmm.2020.166781}}.</ref><ref>Radel Gimaev, Aleksei S. Komlev, A.S. Davydov, Б.Б. Ковалев, V. I. Zverev: ''Magnetic and Electronic Properties of Heavy Lanthanides (Gd, Tb, Dy, Er, Ho, Tm).'' In: ''Crystals.'' 2021, Band 11, Nummer 2, S. 82 {{DOI|10.3390/cryst11020082}}.</ref> Mit dem Übergang zur ferromagnetischen Phase ändert sich auch die Kristallstruktur des Terbiums. Es bildet sich eine ungewöhnliche [[Orthorhombisches Kristallsystem|orthorhombische]] Struktur mit der {{Raumgruppe|63|lang}} und den Gitterparametern ''a'' = 359 pm, ''b'' = 625 pm und ''c'' = 571 pm.<ref>Kun Lin, Guodong Li, Sergii Khmelevskyi, Leonid V. Pourovskii, Suihe Jiang, Kenichi Kato, Chengyi Yu, Yili Cao, Qiang Li, Xiaojun Kuang, Xianran Xing: ''The Structure of Terbium in the Ferromagnetic State.'' In: ''[[Journal of the American Chemical Society]].'' 2023, Band 145, Nummer 32, S. 17856–17862 {{DOI|10.1021/jacs.3c04931}}.</ref> |
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=== Chemische Eigenschaften === |
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Terbium ist ein typisches [[unedles Metall]], das vor allem bei höheren Temperaturen mit [[Nichtmetalle]]n reagiert. An trockener Luft ist es stabil, in der Hitze reagiert es mit Sauerstoff zum nichtstöchiometrischen, braunen [Terbium(III,IV)-oxid]. Mit anderen Nichtmetallen reagiert es dagegen zu dreiwertigen Salzen.<ref name="Ullmann">Ian McGill: ''Rear Earth Elements.'' In: ''[[Ullmanns Enzyklopädie der Technischen Chemie|Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry]].'' Wiley-VCH, Weinheim 2005, [[doi:10.1002/14356007.a22_607]].</ref><ref name="Voncken">J.H.L. Voncken: ''The Rare Earth Elements.'' 1. Auflage, Springer, 2016, ISBN 978-3-319-26809-5, S. 66–70.</ref> |
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Das Metall reagiert nur langsam mit Wasser, ist aber in verdünnten [[Mineralsäure]]n unter Wasserstofffbildung gut löslich. In wässriger Lösung liegen schwach pinkfarbene, dreiwertige Tb<sup>3+</sup>-Ionen vor.<ref name="Ullmann"/><ref name="Voncken"/> |
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Wie Europium- und einige weitere Lanthanoidionen zeigen Tb<sup>3+</sup>Ionen in Komplexen eine starke [[Lumineszenz]]. Die stärkste Emission liegt bei 550 nm im sichtbaren Bereich, darum leuchten Terbiumkomplexe intensiv grün.<ref>Liding Wang, Zifeng Zhao, Chen Wei, Huibo Wei, Zhiwei Liu, Zuqiang Bian, Chunhui Huang: ''Review on the Electroluminescence Study of Lanthanide Complexes.'' In: ''Advanced Optical Materials.'' 2019, Band 7, Nummer 11 {{DOI|10.1002/adom.201801256}}.</ref> |
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== Isotope == |
== Isotope == |
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Es sind insgesamt 39 [[Isotope]] zwischen <sup>135</sup>Tb und <sup>174</sup>Tb sowie 32 weitere [[Kernisomere]] bekannt. Von diesen ist nur eines, <sup>159</sup>Tb, stabil, Terbium zählt damit zu den [[Reinelement]]en. Von den radioaktiven Isotopen besitzen <sup>158</sup>Tb mit 180 Jahren und <sup>157</sup>Tb mit 71 Jahren die längste [[Halbwertszeit]].<ref>F. G. Kondev, M. Wang, W. J. Huang, S. Naimi, G. Audi: ''The NUBASE2020 evaluation of nuclear physics properties.'' In: ''Chinese Physics C.'' 2021, Band 45, Nummer 3, S. 030001 {{DOI|10.1088/1674-1137/abddae}}.</ref> |
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Zu vier Radioisotopen, <sup>149</sup>Tb, <sup>152</sup>Tb, <sup>155</sup>Tb und <sup>161</sup>Tb, werden Untersuchungen durchgeführt, ob und wie sie in der [[Nuklearmedizin]] eingesetzt werden können. Es wird in Studien untersucht, ob der [[Betastrahlung|Betastrahler]] <sup>161</sup>Tb mit einer Halbwertszeit von 6,95 Tagen als Therapeutikum in der [[Prostatakrebs]]therapie und Alternative zu <sup>177</sup>Lu eingesetzt werden kann. <sup>152</sup>Tb wird als mögliches Radioisotop in der [[Positronen-Emissions-Tomographie]] untersucht. <sup>155</sup>Tb könnte in der [[Einzelphotonen-Emissionscomputertomographie]] eingesetzt werden. <sup>149</sup>Tb könnte durch seine Eigenschaft, gleichzeitig [[Alphastrahlung|Alphastrahlen]], [[Positron]]en und [[Gammastrahlung]] zu emittieren, einzigartige Therapien gegen Krebs ermöglichen.<ref>Ahmed Saad Abdlkadir, Florian Rosar, Amir Reza Jalilian, Serin Moghrabi, Batool Albalooshi, Obayda Rabei, Kalevi Kairemo, Akram Al‐Ibraheem: ''Harnessing Terbium Radioisotopes for Clinical Advancements: A Systematic Review.'' In: ''Nuclear Medicine and Molecular Imaging.'' 2024, Band 59, Nummer 1, S. 50–61 {{DOI|10.1007/s13139-024-00891-0}}.</ref> |
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== Physiologisches== |
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Terbium hat keine biologische Funktion. |
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== |
== Verwendung == |
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Eine wichtige Anwendung von Terbium ist diejenige als grün-emittierender [[Leuchtstoff]] in [[Leuchtstofflampe]]n. Drei Leuchtstoffe hierfür sind mit Terbium [[Dotierung|dotiertes]] [[Cermagnesiumaluminat]] (CAT, CeMgAl<sub>11</sub>O<sub>19</sub>:Tb<sup>3+</sup>), mit Cer und Terbium dotiertes [[Lanthanphosphat]] (LAP, LaPO<sub>4</sub>:Ce<sup>3+</sup>,Tb<sup>3+</sup>) und terbiumdotiertes [[Cergadoliniummagnesiumborat]] (CBT, (Ce,Gd)MgB<sub>5</sub>O<sub>10</sub>:Tb<sup>3+</sup>). CAT enthält für eine optimale Lichtausbeute 33 mol% Terbium, LAP 13 mol%.<ref>A.M. Srivastava, Cees Ronda: ''Phosphors.'' In: ''The Electrochemical Society Interface.'' 2003, Band 12, Nummer 2, S. 48–51 {{DOI|10.1149/2.F11032IF}}.</ref> Eine Leuchtstofflampe des Typs T8 (25,4 mm Durchmesser) enthält 0,13 g Terbium, eine [[Kompaktleuchtstofflampe]] 0,05 g.<ref name="Sinha"/> |
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Terbium und Terbiumverbindungen sind als giftig zu betrachten. Metallstäube sind feuer- und explosionsgefährlich. |
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Eine weitere wichtige Anwendung von Terbium sind [[Neodym-Eisen-Bor]]-[[Permanentmagnet]]e, die etwa in [[Computer]]n, [[Elektroauto]]s, Audiosystemen oder [[Windturbine]]n eingesetzt werden. Der Zusatz von etwa 1 % Terbium zusammen mit 5 % Dysprosium erhöht die Einsatzfähigkeit der Magnete bei hohen Temperaturen.<ref>Xiaoyue Du, T. E. Graedel: ''Global Rare Earth In-Use Stocks in NdFeB Permanent Magnets.'' In: ''Journal of Industrial Ecology.'' 2011, Band 15, Nummer 6, S. 836–843 {{DOI|10.1111/j.1530-9290.2011.00362.x}}.</ref> |
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[[Terfenol-D]] ist eine Terbium-Dysprosium-Eisen-[[Legierung]], die eine hohe [[Magnetostriktion]] besitzt und für Sensoren und [[Aktuator]]en, etwa in Motoren oder Einspritzanlagen, eingesetzt werden kann.<ref>Mukund A. Patil, Ravikiran Kadoli: ''Engineers guide to Terfenol-D actuators: Design, performance, and real-world applications.'' In: ''Sensors and Actuators Reports.'' 2024, Band 8, S. 100236 {{DOI|10.1016/j.snr.2024.100236}}.</ref> |
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[[Magneto Optical Disk]]s wurden mit dünnen Filmen einer Legierung von Terbium mit Eisen, Cobalt oder Gadolinium beschichtet.<ref>Ken C. Pohlmann: ''The Compact Disc Handbook.'' Oxford University Press, 1992, ISBN 0-198-16327-4, S. 259.</ref> |
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Lange Zeit wurde der größte Teil des produzierten Terbiums für die Produktion von Leuchtstoffen eingesetzt, 2015 ca. 88,7 %.<ref name="Sinha"/> Durch den zunehmenden Einsatz von LED nimmt aber der Bedarf ab, 2020 wurden nur noch ca. 56 % dafür verwendet, während der Bedarf für die Herstellung von Neodym-Eisen-Bor-Magneten (2020 ca. 35 %) und andere Anwendungen steigt.<ref name="Resources Policy"/> |
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== Biologische Bedeutung und Toxizität == |
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Terbium hat keine biologische Bedeutung. Im menschlichen Körper ist es wie die anderen Lanthanoide vor allem in [[Knochen]] enthalten, wobei die Konzentration im Lauf des Lebens ansteigt. Die Mengen sind gering, in trockenen Knochen wurde <1 μg/kg Terbiumgehalt gemessen.<ref>Sofia Zaichick, Vladimir Zaichick, В. К. Карандашев, S. V. Nosenko: ''Accumulation of rare earth elements in human bone within the lifespan.'' In: ''Metallomics.'' 2010, Band 3, Nummer 2, S. 186–194 {{DOI|10.1039/c0mt00069h}}.</ref><ref>John Emsley: Nature’s building blocks. An A–Z guide to the elements. Oxford University Press, 2001, ISBN 0-19-850341-5, S. 430–432.</ref> |
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Lösliche Terbiumverbindungen wie [[Terbium(III)-chlorid]] sind leicht toxisch. Mit dem [[Neutralrot-Test]] wurde ein [[LD50|LD<sub>50</sub>]] von 980 mg/kg berechnet. Im [[Ökotoxizität]]s-Test mit ''[[Tubifex tubifex]]'' wurde ein [[EC50|EC<sub>50</sub>]] von 31,6 g/l bestimmt. Diese Werte sind vergleichbar zu denen der anderen Lanthanoide. Es konnte mit dem [[Ames-Test]] keine [[Mutagenität]] festgestellt werden.<ref>Marián Rucki, Kristína Kejlová, Alena Vlková, Dagmar Jírová, Markéta Dvořáková, Lada Svobodová, Helena Kanďárová, Silvia Letašiová, Hana Kolářová, Marika Mannerström, Tuula Heinonen: ''Evaluation of toxicity profiles of rare earth elements salts (lanthanides).'' In: ''Journal of Rare Earths.'' 2020, Band 39, Nummer 2, S. 225–232 {{DOI|10.1016/j.jre.2020.02.011}}.</ref> |
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Die toxischen Effekte von Terbium(III)-chlorid wurden an [[Regenbogenforelle]]n getestet. Dabei wurde in einer Studie festgestellt, dass es doppelt so toxisch wirkt wie das leichte Lanthanoid [[Praseodym]] und die Toxizität auf [[Oxidativer Stress|oxidativem Stress]], der Beeinflussung der [[Calciumbindung]], der [[Hämoprotein]]-Aktivität sowie des [[Proteinstoffwechsel]]s beruht.<ref>Houda Hanana, Zofia E. Taranu, Patrice Turcotte, Christian Gagnon, Joanna Kowalczyk, François Gagné: ''Sublethal effects of terbium and praseodymium in juvenile rainbow trout.'' In: ''The Science of The Total Environment.'' 2021, Band 777, S. 146042 {{DOI|10.1016/j.scitotenv.2021.146042}}.</ref> |
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Terbiummetallstäube sind wie andere Metallstäube [[Entzündliche Stoffe|entzündlich]].<ref>{{Sigma-Aldrich|aldrich|gf20819088|Name=Terbium-Pulver|Abruf=2025-04-25}}</ref> |
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== Verbindungen == |
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Wie bei anderen Lanthanoiden ist auch beim Terbium die [[Oxidationsstufe]] +3 am stabilsten und häufigsten. Es sind aber auch Verbindungen mit vierwertigen Terbiumionen bekannt, unter speziellen Bedingungen wurden auch Verbindungen in den Oxidationsstufen +2<ref>Gerd Meyer: ''Alle Lanthanide und nun sogar Uran in der Oxidationsstufe +2!.'' In: ''Angewandte Chemie.'' 2014, Band 126, Nummer 14, S. 3620–3622 {{DOI|10.1002/ange.201311325}}.</ref> und +1<ref name="Angewandte">Arndt Simon, Hansjürgen Mattausch, Norbert Holzer: ''Monochloride von Lanthanoiden: GdCl und TbCl.'' In: ''Angewandte Chemie.'' 1976, Band 88, Nummer 20, S. 685–686 {{DOI|10.1002/ange.19760882010}}.</ref> synthetisiert. |
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=== Oxide === |
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Terbium bildet drei Oxide, [[Terbium(III)-oxid]], [[Terbium(III,IV)-oxid]] und [[Terbium(IV)-oxid]]. Bei der Reaktion von Terbium und vielen Terbiumverbindungen mit [[Sauerstoff]] bildet sich das gemischtvalente, nichtstöchiometrische Terbium(III,IV)-oxid, ein dunkelbrauner Feststoff. Dieses dient als Ausgangsstoff für die Bildung vieler anderer Terbiumverbindungen. Durch Reaktion mit [[Wasserstoff]] lässt sich Terbium(III)-oxid gewinnen, Terbium(IV)-oxid durch eine [[Disproportionierung]]sreaktion mit [[Salzsäure]] und [[Essigsäure]].<ref>Z. C. Kang, L. Eyring: ''The solvolytic disproportionation of mixed-valence compounds.'' In: ''Journal of Solid State Chemistry.'' 1988, Band 75, Nummer 1, S. 60–72 {{DOI|10.1016/0022-4596(88)90303-9}}.</ref> Terbiumoxid-Oberflächen haben kataliytische Eigenschaften.<ref>Andreas Schaefer, William Cartas, Rahul Rai, Mikhail Shipilin, Lindsay R. Merte, Edvin Lundgren, Jason F. Weaver: ''Methanol Adsorption and Oxidation on Reduced and Oxidized TbO''<sub>x</sub>''(111) Surfaces.'' In: ''The Journal of Physical Chemistry C.'' 2016, Band 120, Nummer 50, S. 28617–28629 {{DOI|10.1021/acs.jpcc.6b09908}}.</ref> |
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=== Halogenide === |
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Terbium bildet mit den Halogenen die dreiwertigen Halogenide [[Terbium(III)-fluorid]], [[Terbium(III)-chlorid]], [[Terbium(III)-bromid]] und [[Terbium(III)-iodid]]. Daneben ist als einziges vierwertiges Terbiumhalogenid [[Terbium(IV)-fluorid]] bekannt, das durch Reaktion von Terbium(III)-fluorid mit [[Fluor]] bei 320 °C gewonnen werden kann.<ref>B.B. Cunningham, D. C. Feay, M. Rollier: ''Terbium Tetrafluoride: Preparation and Properties<sup>1</sup>.'' In: ''[[Journal of the American Chemical Society]].'' 1954, Band 76, Nummer 13, S. 3361–3363 {{DOI|10.1021/ja01642a001}}.</ref> Unter den Chloriden sind zwei Verbindungen mit niedrigen Oxidationszahlen bekannt das [[Terbiumsesquichlorid]] Tb<sub>2</sub>Cl<sub>3</sub><ref>Arndt Simon, Norbert Holzer, H. Mattusch: ''Metallreiche Verbindungen der Seltenen Erden Gd<sub>2</sub>Cl<sub>3</sub>, Gd<sub>2</sub>Br<sub>3</sub> und Tb<sub>2</sub>Cl<sub>3</sub>.'' In: ''Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie.'' 1979, Band 456, Nummer 1, S. 207–216 {{DOI|10.1002/zaac.19794560122}}.</ref> und das [[Terbiummonochlorid]] TbCl. Beide enthalten Metall-Metall-Bindungen.<ref name="Angewandte"/> |
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=== Weitere Terbiumverbindungen === |
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Es sind verschiedene metallorganische Terbiumverbindungen bekannt. So wurden verschiedene [[Cyclopentadienyl]]­terbium(III)-Komplexe synthetisiert<ref>Harry G. Brittain, James Meadows, William J. Evans: ''Luminescence of organometallic lanthanide compounds. Tetrahydrofuran adducts of tricyclopentadienylterbium(III) and tris(methylcyclopentadienyl)terbium(III).'' In: ''Organometallics.'' 1983, Band 2, Nummer 11, S. 1661–1665 {{DOI|10.1021/om50005a032}}.</ref>, es wurde aber auch eine Alkylterbiumverbindung mit einer Kohlenstoff-Terbium-[[Bindungslänge]] von 250 pm dargestellt.<ref>Dante Neculai, Herbert W. Roesky, A.M. Neculai, Jörg Magull, Regine Herbst‐Irmer, B. Walfort, Dietmar Stalke: ''The First β-Diketiminato Complex of Terbium Containing Two Alkyl Groups: A Model Compound for LLnR<sub>2</sub>(Ln = Lanthanide, R = Alkyl) Systems.'' In: ''Organometallics.'' 2003, Band 22, Nummer 11, S. 2279–2283 {{DOI|10.1021/om0209879}}.</ref> |
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== Weblinks == |
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*[http://periodic.lanl.gov/elements/65.html Los Alamos National Laboratory - Terbium] (englisch) |
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* [http://www.webelements.com/webelements/elements/text/Tb/index.html WebElements.com - Terbium] (englisch) |
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* [http://environmentalchemistry.com/yogi/periodic/Tb.html EnvironmentalChemistry.com - Terbium] (englisch) |
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== Einzelnachweise == |
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* [http://education.jlab.org/itselemental/ele065.html It's Elemental - Terbium] (englisch) |
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<references /> |
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* [http://www.seltenerden.de?arg=zoom&art=150&element=Tb&linkid=wiki-Tb Details und Abbildungen zu Terbium Metall] (deutsch) |
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Aktuelle Version vom 8. Mai 2025, 13:19 Uhr
Eigenschaften | |||||||||||
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Allgemein | |||||||||||
Name, Symbol, Ordnungszahl | Terbium, Tb, 65 | ||||||||||
Elementkategorie | Lanthanoide | ||||||||||
Gruppe, Periode, Block | La, 6, f | ||||||||||
Aussehen | silbrig weiß | ||||||||||
CAS-Nummer | 7440-27-9 | ||||||||||
EG-Nummer | 231-137-6 | ||||||||||
ECHA-InfoCard | 100.028.306 | ||||||||||
Massenanteil an der Erdhülle | 0,85 ppm[1] | ||||||||||
Atomar[2] | |||||||||||
Atommasse | 158,925354(8)[3] u | ||||||||||
Atomradius (berechnet) | 175 (225) pm | ||||||||||
Kovalenter Radius | 194 pm | ||||||||||
Elektronenkonfiguration | [Xe] 4f9 6s2 | ||||||||||
1. Ionisierungsenergie | 5.8638(6) eV[4] ≈ 565.77 kJ/mol[5] | ||||||||||
2. Ionisierungsenergie | 11.513(20) eV[4] ≈ 1110.8 kJ/mol[5] | ||||||||||
3. Ionisierungsenergie | 21.82(3) eV[4] ≈ 2110 kJ/mol[5] | ||||||||||
4. Ionisierungsenergie | 39.33(4) eV[4] ≈ 3790 kJ/mol[5] | ||||||||||
5. Ionisierungsenergie | 66.5(3) eV[4] ≈ 6420 kJ/mol[5] | ||||||||||
Physikalisch[2] | |||||||||||
Aggregatzustand | fest | ||||||||||
Kristallstruktur | hexagonal | ||||||||||
Dichte | 8,253 g/cm3 (25 °C)[6] | ||||||||||
Magnetismus | paramagnetisch (χm = 0,11)[7] | ||||||||||
Schmelzpunkt | 1629 K (1356 °C) | ||||||||||
Siedepunkt | 3396 K[8] (3123 °C) | ||||||||||
Molares Volumen | 19,30 · 10−6 m3·mol−1 | ||||||||||
Verdampfungsenthalpie | 391 kJ·mol−1[8] | ||||||||||
Schmelzenthalpie | 10,8 kJ·mol−1 | ||||||||||
Schallgeschwindigkeit | 2620 m·s−1 bei 293,15 K | ||||||||||
Elektrische Leitfähigkeit | 0,870 · 106 S·m−1 | ||||||||||
Wärmeleitfähigkeit | 11 W·m−1·K−1 | ||||||||||
Chemisch[2] | |||||||||||
Oxidationszustände | +3, +4 | ||||||||||
Isotope | |||||||||||
Weitere Isotope siehe Liste der Isotope | |||||||||||
NMR-Eigenschaften | |||||||||||
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Sicherheitshinweise | |||||||||||
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Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen. |
Terbium ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol Tb und der Ordnungszahl 65. Im Periodensystem steht es in der Gruppe der Lanthanoide und zählt damit auch zu den Metallen der Seltenen Erden. Wie die anderen Lanthanoide ist Terbium ein silberglänzendes, weiches Schwermetall.
Terbium wurde 1843 zusammen mit Erbium von Carl Gustav Mosander bei der Untersuchung von Yttrium entdeckt. Wie Erbium, Yttrium und das später entdeckte Ytterbium wurde Terbium nach der Grube Ytterby bei Stockholm benannt, aus der das Erz stammte, das bei den Entdeckungen untersucht wurde.
Terbium wird vor allem als grün-emittierender Leuchtstoff in Leuchtstoffröhren sowie zur Verbesserung der Eigenschaften von Neodym-Eisen-Bor-Permanentmagneten eingesetzt. Diese werden unter anderem in Computern, Elektroautos oder Windkraftanlagen verwendet. Wie andere schwere Seltene Erden wird das Element fast ausschließlich in China produziert. Auf Grund der großen technischen Bedeutung und der Abhängigkeit von China hat die Europäische Union Terbium auf die Liste der kritischen Rohstoffe gesetzt.
Geschichte
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Die Entdeckung des Terbiums begann 1843, als Carl Gustav Mosander Yttrium mittels fraktionierter Kristallisation genauer untersuchte und dabei feststellte, dass es aus drei verschiedenfarbenen Substanzen bestand. Für einen farblosen Niederschlag beließ er den Namen Yttrium, einen gelben nannte er Erbium, einen rosafarbenen Terbium. Alle drei Namen beruhen auf dem Namen der Grube Ytterby, der Typlokalität von Gadolinit, dem ersten Erz, aus dem die Elemente gewonnen werden konnten.[10] 1860 wiederholte Nils Johan Berlin diese Experimente, fand jedoch nur einen rosafarbenen Niederschlag, den er – abweichend von Mosander – Erbium nannte und bestritt die Existenz des Terbiums.[11] Ebenso fand Robert Bunsen in Mosanders Terbiterde nur ein Gemisch aus Erbium-, Yttrium- und Ceroxiden.[12]
Marc Delafontaine war dagegen weiter von der Existenz des Terbiums überzeugt und fand schließlich bei Untersuchungen von Samarskit das gesuchte Element, was von Jean Charles Galissard de Marignac durch Zerlegung von Gadolinit bestätigt werden konnte. Nach dieser Bestätigung blieb es jedoch bei der Namensvertauschung gegenüber dem ursprünglichen Vorschlag von Mosander.[11][13]
Durch Gadolinium und Dysprosium verunreinigtes metallisches Erbium wurde erstmals 1936 von Wilhelm Klemm und Heinrich Bommer erhalten. Sie gewannen das Metall durch Reduktion von Terbium(III)-chlorid mit Kalium bei 250 °C. Weiterhin bestimmten sie die ungefähre Kristallstruktur und die magnetischen Eigenschaften des Metalls.[14] Die Gewinnung von reinem Terbium gelang erst nach der Entwicklung von Ionenaustausch-Verfahren zur Trennung von Seltenen Erden.[15]
Vorkommen
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Terbium ist auf der Erde ein seltenes Element, seine Häufigkeit in der kontinentalen Erdkruste beträgt etwa 1,2 ppm. Unter den Lanthanoiden zählt es zu den seltensten Elementen, nur Thulium, Lutetium und das radioaktive Promethium sind seltener.[16]
Es sind keine Terbiumminerale bekannt, das Element kommt stets vergesellschaftet mit anderen schweren Seltenerdelementen in Erzen vor. Die wichtigsten dieser Minerale sind Bastnäsit, Monazit und Xenotim. Von diesen besitzt Xenotim mit etwa 1 % den höchsten Terbiumanteil.[17]
Die kommerziell wichtigste Quelle für Terbium sind ionenadsorbierende Tonminerale (Regolith-hosted ion-adsorption deposits, IADs). Diese entstehen bei der Verwitterung von Muttergesteinen vor allem in den Subtropen und adsorbieren die in den Ausgangsgesteinen enthaltenen Seltenerdmetalle. IAD-Vorkommen besitzen zwar nur einen relativ geringen Anteil an Seltenerdelementen von 0,05 bis 0,2 %, diese lassen sich jedoch relativ einfach durch Auslaugen aus den Tonmineralen lösen.[18][17]
Die wichtigsten Vorkommen von ionenadsorbierenden Tonmineralen liegen im Süden Chinas, aber auch in Myanmar, Vietnam, Malawi, Brasilien, den Philippinen und den Vereinigten Staaten sind Vorkommen bekannt. Kommerziell ausgebeutet werden vor allem die Vorkommen in Südchina und Myanmar.[18] Erhebliche Mengen Terbium werden durch illegalen Abbau in China gewonnen.[19] Nach Recherchen von Global Witness wurden Regionen im Kachin-Staat in Myanmar seit 2017 wichtige Abbaugebiete insbesondere von Terbium und Dysprosium. So betrug der Export von schweren Seltenen Erden von Myanmar nach China 2023 über 40.000 Tonnen. Dies hat erhebliche Umweltzerstörungen zur Folge und Einfluss auf den Bürgerkrieg in Myanmar. 2023 verdiente die Militärregierung 1,4 Milliarden Dollar mit dem Export von schweren Seltenen Erden wie Terbium.[20]
Gewinnung und Darstellung
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Um Terbium herzustellen, muss zunächst eine Seltenerdmetallchlorid-Lösung aus den Ausgangserzen gewonnen werden. Die Verfahren dazu unterscheiden sich je nach Erz, so wird Bastnäsit bei 620 °C calciniert und anschließend mit Salzsäure ausgelaugt.[17]
Ionenadsorbierender Ton wird nicht abgebaut und dann weiterverarbeitet, stattdessen werden Löcher in das Vorkommen gebohrt und der Ton dann über längere Zeit (150 bis 400 Tage) mit Salzlösungen (beispielsweise einer Ammoniumsulfatlösung) ausgelaugt. Dabei werden die im Ton gebundenen Seltenerdmetall-Ionen durch Ammoniumionen ersetzt und so gelöst. Über die Zeit steigt die Seltenerdmetall-Konzentration der Lösung. Ist die Konzentration hoch genug, wird über eine pH-Wert-Änderung mitgelöstes Aluminium abgetrennt und anschließend die Seltenerdmetalle mit Ammoniumhydrogencarbonat oder Oxalsäure gefällt. Mittels Calcinierung entsteht ein Mischoxid, das mit Salzsäure ausgelaugt wird. Werden einzelne Elemente benötigt, wird für die Trennung das Chlorid durch Nitrat ersetzt.[21][17]
Die Trennung der einzelnen Seltenerdmetalle untereinander ist – bedingt durch die Ähnlichkeit der Elemente – kompliziert und wird vorwiegend durch Extraktionsverfahren mit unterschiedlichen Lösungsmitteln durchgeführt. Andere Verfahren, wie fraktionierte Kristallisation oder Ionenaustausch spielen technisch keine Rolle mehr.[17]
Die Herstellung metallischen Terbiums aus Terbium(III)-oxid erfolgt in zwei Schritten. Zunächst wird das Oxid mit Flusssäure in Terbium(III)-fluorid umgewandelt und durch Erhitzen im Vakuum von Sauerstoffresten befreit. Anschließend wird es mit Calcium bei 1500 °C reduziert und das entstandene Calciumfluorid abgetrennt.[17] Es sind auch elektrolytische Verfahren zur Gewinnung von metallischem Terbium bekannt. So kann festes Terbium(III,IV)-oxid in geschmolzenem Calciumchlorid bei 850 °C reduziert werden.[22] Auch ein Verfahren zur elektrolytischen Reduktion von Terbium(III)-oxid in einer Terbium(III)-fluorid/Lithiumfluorid-Schmelze wurde entwickelt.[23]
Die Menge an produziertem Terbium betrug 2011 in China 545 Tonnen und wurde bis 2020 auf 690 Tonnen gesteigert.[19]
Auf Grund der hohen wirtschaftlichen und technologischen Bedeutung sowie der eingeschränkten Verfügbarkeit und hohen Abhängigkeit von China als Produzent hat die Europäische Union Terbium auf die Liste der kritischen Rohstoffe gesetzt.[24] Ähnliches wurde von den Vereinigten Staaten veranlasst.[25] Nach Medienberichten gehört Terbium zu den sieben Seltenen Erden, für die China im April 2025 ein Exportverbot erlassen hat.[26]
Neben den Erzen stellen auch Sekundärrohstoffe eine Quelle für Terbium dar. Insbesondere Leuchtstofflampen bzw. der in ihnen enthaltene Leuchtstoff enthalten größere Mengen Terbium.[17] Es werden verschiedene Verfahren erforscht, mit denen Terbium und andere Seltene Erden extrahiert werden können.[27][28] Die bisher recyclten Mengen an Terbium sind aber noch gering, in der Europäischen Union wurden 2020 6 % des genutzten Terbiums durch Recycling gewonnen (End-of-Life-Recycling-Input-Rate, EoL-RIR).[29] Durch den Critical Raw Materials Act von 2024 wird das Recycling in der EU weiter gefördert.[24] Auch das US-Verteidigungsministerium förderte 2024 die Erhöhung der Terbiumproduktion durch Recycling in den Vereinigten Staaten mit 4,2 Millionen Dollar.[30]
Der Preis von Terbium schwankte in den letzten Jahren stark. Nach einer Spitze 2011 mit einem Preis von 2350 $ pro Kilogramm fiel er deutlich auf unter 500 $ pro Kilogramm 2016. Seitdem und vor allem ab 2020 stieg der Preis für Terbium stark an auf über 2000 $ pro Kilogramm 2022. Verantwortlich hierfür ist der erhöhte Bedarf an Terbium für Permanentmagnete in Elektroautos.[31]
Eigenschaften
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Physikalische Eigenschaften
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Terbium ist ein silbergraues, formbares Schwermetall. Es ist so weich, dass man es mit einem Messer schneiden kann. In seinen Eigenschaften ist es sehr ähnlich zu den benachbarten Lanthanoiden und, wie durch die Lanthanoidenkontraktion zu erwarten, liegt der Schmelzpunkt von 1356 °C zwischen dem niedrigeren von Gadolinium (1312 °C) und dem höheren von Dysprosium (1407 °C).[15]
Das Metall kristallisiert wie viele andere schwere Lanthanoide in einer hexagonal dichtesten Kugelpackung mit den Gitterparametern a = 360 pm und c = 569 pm.[32] Oberhalb von 1289 °C bildet sich eine Hochdruckmodifikation mit kubischer Kristallstruktur (β-Tb).[33] Hierfür wurde ein Gitterparameter a = 407 pm berechnet.[34]
Terbium besitzt drei verschiedene magnetische Phasen. Unterhalb der Curie-Temperatur von 219 K (−54 °C) ist das Metall ferromagnetisch. Oberhalb der Néel-Temperatur von 231 K (−42 °C) liegt Paramagnetismus vor. Im Temperaturbereich dazwischen besitzt das Element Helimagnetismus.[35][36] Mit dem Übergang zur ferromagnetischen Phase ändert sich auch die Kristallstruktur des Terbiums. Es bildet sich eine ungewöhnliche orthorhombische Struktur mit der Raumgruppe Cmcm (Raumgruppen-Nr. 63) und den Gitterparametern a = 359 pm, b = 625 pm und c = 571 pm.[37]
Chemische Eigenschaften
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Terbium ist ein typisches unedles Metall, das vor allem bei höheren Temperaturen mit Nichtmetallen reagiert. An trockener Luft ist es stabil, in der Hitze reagiert es mit Sauerstoff zum nichtstöchiometrischen, braunen [Terbium(III,IV)-oxid]. Mit anderen Nichtmetallen reagiert es dagegen zu dreiwertigen Salzen.[38][39]
Das Metall reagiert nur langsam mit Wasser, ist aber in verdünnten Mineralsäuren unter Wasserstofffbildung gut löslich. In wässriger Lösung liegen schwach pinkfarbene, dreiwertige Tb3+-Ionen vor.[38][39]
Wie Europium- und einige weitere Lanthanoidionen zeigen Tb3+Ionen in Komplexen eine starke Lumineszenz. Die stärkste Emission liegt bei 550 nm im sichtbaren Bereich, darum leuchten Terbiumkomplexe intensiv grün.[40]
Isotope
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Es sind insgesamt 39 Isotope zwischen 135Tb und 174Tb sowie 32 weitere Kernisomere bekannt. Von diesen ist nur eines, 159Tb, stabil, Terbium zählt damit zu den Reinelementen. Von den radioaktiven Isotopen besitzen 158Tb mit 180 Jahren und 157Tb mit 71 Jahren die längste Halbwertszeit.[41]
Zu vier Radioisotopen, 149Tb, 152Tb, 155Tb und 161Tb, werden Untersuchungen durchgeführt, ob und wie sie in der Nuklearmedizin eingesetzt werden können. Es wird in Studien untersucht, ob der Betastrahler 161Tb mit einer Halbwertszeit von 6,95 Tagen als Therapeutikum in der Prostatakrebstherapie und Alternative zu 177Lu eingesetzt werden kann. 152Tb wird als mögliches Radioisotop in der Positronen-Emissions-Tomographie untersucht. 155Tb könnte in der Einzelphotonen-Emissionscomputertomographie eingesetzt werden. 149Tb könnte durch seine Eigenschaft, gleichzeitig Alphastrahlen, Positronen und Gammastrahlung zu emittieren, einzigartige Therapien gegen Krebs ermöglichen.[42]
Verwendung
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Eine wichtige Anwendung von Terbium ist diejenige als grün-emittierender Leuchtstoff in Leuchtstofflampen. Drei Leuchtstoffe hierfür sind mit Terbium dotiertes Cermagnesiumaluminat (CAT, CeMgAl11O19:Tb3+), mit Cer und Terbium dotiertes Lanthanphosphat (LAP, LaPO4:Ce3+,Tb3+) und terbiumdotiertes Cergadoliniummagnesiumborat (CBT, (Ce,Gd)MgB5O10:Tb3+). CAT enthält für eine optimale Lichtausbeute 33 mol% Terbium, LAP 13 mol%.[43] Eine Leuchtstofflampe des Typs T8 (25,4 mm Durchmesser) enthält 0,13 g Terbium, eine Kompaktleuchtstofflampe 0,05 g.[17]
Eine weitere wichtige Anwendung von Terbium sind Neodym-Eisen-Bor-Permanentmagnete, die etwa in Computern, Elektroautos, Audiosystemen oder Windturbinen eingesetzt werden. Der Zusatz von etwa 1 % Terbium zusammen mit 5 % Dysprosium erhöht die Einsatzfähigkeit der Magnete bei hohen Temperaturen.[44]
Terfenol-D ist eine Terbium-Dysprosium-Eisen-Legierung, die eine hohe Magnetostriktion besitzt und für Sensoren und Aktuatoren, etwa in Motoren oder Einspritzanlagen, eingesetzt werden kann.[45]
Magneto Optical Disks wurden mit dünnen Filmen einer Legierung von Terbium mit Eisen, Cobalt oder Gadolinium beschichtet.[46]
Lange Zeit wurde der größte Teil des produzierten Terbiums für die Produktion von Leuchtstoffen eingesetzt, 2015 ca. 88,7 %.[17] Durch den zunehmenden Einsatz von LED nimmt aber der Bedarf ab, 2020 wurden nur noch ca. 56 % dafür verwendet, während der Bedarf für die Herstellung von Neodym-Eisen-Bor-Magneten (2020 ca. 35 %) und andere Anwendungen steigt.[19]
Biologische Bedeutung und Toxizität
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Terbium hat keine biologische Bedeutung. Im menschlichen Körper ist es wie die anderen Lanthanoide vor allem in Knochen enthalten, wobei die Konzentration im Lauf des Lebens ansteigt. Die Mengen sind gering, in trockenen Knochen wurde <1 μg/kg Terbiumgehalt gemessen.[47][48]
Lösliche Terbiumverbindungen wie Terbium(III)-chlorid sind leicht toxisch. Mit dem Neutralrot-Test wurde ein LD50 von 980 mg/kg berechnet. Im Ökotoxizitäts-Test mit Tubifex tubifex wurde ein EC50 von 31,6 g/l bestimmt. Diese Werte sind vergleichbar zu denen der anderen Lanthanoide. Es konnte mit dem Ames-Test keine Mutagenität festgestellt werden.[49]
Die toxischen Effekte von Terbium(III)-chlorid wurden an Regenbogenforellen getestet. Dabei wurde in einer Studie festgestellt, dass es doppelt so toxisch wirkt wie das leichte Lanthanoid Praseodym und die Toxizität auf oxidativem Stress, der Beeinflussung der Calciumbindung, der Hämoprotein-Aktivität sowie des Proteinstoffwechsels beruht.[50]
Terbiummetallstäube sind wie andere Metallstäube entzündlich.[51]
Verbindungen
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Wie bei anderen Lanthanoiden ist auch beim Terbium die Oxidationsstufe +3 am stabilsten und häufigsten. Es sind aber auch Verbindungen mit vierwertigen Terbiumionen bekannt, unter speziellen Bedingungen wurden auch Verbindungen in den Oxidationsstufen +2[52] und +1[53] synthetisiert.
Oxide
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Terbium bildet drei Oxide, Terbium(III)-oxid, Terbium(III,IV)-oxid und Terbium(IV)-oxid. Bei der Reaktion von Terbium und vielen Terbiumverbindungen mit Sauerstoff bildet sich das gemischtvalente, nichtstöchiometrische Terbium(III,IV)-oxid, ein dunkelbrauner Feststoff. Dieses dient als Ausgangsstoff für die Bildung vieler anderer Terbiumverbindungen. Durch Reaktion mit Wasserstoff lässt sich Terbium(III)-oxid gewinnen, Terbium(IV)-oxid durch eine Disproportionierungsreaktion mit Salzsäure und Essigsäure.[54] Terbiumoxid-Oberflächen haben kataliytische Eigenschaften.[55]
Halogenide
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Terbium bildet mit den Halogenen die dreiwertigen Halogenide Terbium(III)-fluorid, Terbium(III)-chlorid, Terbium(III)-bromid und Terbium(III)-iodid. Daneben ist als einziges vierwertiges Terbiumhalogenid Terbium(IV)-fluorid bekannt, das durch Reaktion von Terbium(III)-fluorid mit Fluor bei 320 °C gewonnen werden kann.[56] Unter den Chloriden sind zwei Verbindungen mit niedrigen Oxidationszahlen bekannt das Terbiumsesquichlorid Tb2Cl3[57] und das Terbiummonochlorid TbCl. Beide enthalten Metall-Metall-Bindungen.[53]
Weitere Terbiumverbindungen
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Es sind verschiedene metallorganische Terbiumverbindungen bekannt. So wurden verschiedene Cyclopentadienylterbium(III)-Komplexe synthetisiert[58], es wurde aber auch eine Alkylterbiumverbindung mit einer Kohlenstoff-Terbium-Bindungslänge von 250 pm dargestellt.[59]
Eine Übersicht über Artikel über Terbiumverbindungen bietet die Kategorie:Terbiumverbindung.
Weblinks
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Einzelnachweise
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]- ↑ Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
- ↑ Die Werte für die Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, aus www.webelements.com (Terbium) entnommen.
- ↑ IUPAC Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights: Standard Atomic Weights of 14 Chemical Elements Revised. In: Chemistry International. 40, 2018, S. 23, doi:10.1515/ci-2018-0409.
- ↑ a b c d e Eintrag zu terbium in Kramida, A., Ralchenko, Yu., Reader, J. und NIST ASD Team (2019): NIST Atomic Spectra Database (ver. 5.7.1). Hrsg.: NIST, Gaithersburg, MD. doi:10.18434/T4W30F (physics.nist.gov/asd). Abgerufen am 13. Juni 2020.
- ↑ a b c d e Eintrag zu terbium bei WebElements, www.webelements.com, abgerufen am 13. Juni 2020.
- ↑ N. N. Greenwood, A. Earnshaw: Chemie der Elemente. 1. Auflage. VCH, Weinheim 1988, ISBN 3-527-26169-9, S. 1579.
- ↑ Robert C. Weast (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. CRC (Chemical Rubber Publishing Company), Boca Raton 1990, ISBN 0-8493-0470-9, S. E-129 bis E-145. Werte dort sind auf g/mol bezogen und in cgs-Einheiten angegeben. Der hier angegebene Wert ist der daraus berechnete maßeinheitslose SI-Wert.
- ↑ a b Yiming Zhang, Julian R. G. Evans, Shoufeng Yang: Corrected Values for Boiling Points and Enthalpies of Vaporization of Elements in Handbooks. In: Journal of Chemical & Engineering Data. 56, 2011, S. 328–337, doi:10.1021/je1011086.
- ↑ a b Datenblatt Terbium bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 26. April 2017 (PDF).
- ↑ C. G. Mosander: XXX. On the new metals, lanthanium and didymium, which are associated with cerium; and on erbium and terbium, new metals associated with yttria. In: The London Edinburgh and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science. 1843, Band 23, Nummer 152, S. 241–254 doi:10.1080/14786444308644728.
- ↑ a b Paweł Miśkowiec: Name game: the naming history of the chemical elements: part 2—turbulent nineteenth century. In: Foundations of Chemistry. 2022, Band 25, Nummer 2, S. 215–234 doi:10.1007/s10698-022-09451-w.
- ↑ J. Bahr, Robert Bunsen: Ueber Erbinerde und Yttererde. In: Justus Liebig s Annalen der Chemie. 1866, Band 137, Nummer 1, S. 1–33 doi:10.1002/jlac.18661370102.
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- ↑ a b David R. Lide (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. 85. Auflage. (Internet-Version: 2005), CRC Press / Taylor and Francis, Boca Raton FL, Properties of the Elements and Inorganic Compounds, S. 4-31.
- ↑ David R. Lide (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. 85. Auflage. (Internet-Version: 2005), CRC Press / Taylor and Francis, Boca Raton FL, Geophysics, Astronomy, and Acoustics, S. 14-14.
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