Térbio: estrutura, propriedades, usos, obtenção - Ciência - 2023

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Térbio: estrutura, propriedades, usos, obtenção - Ciência
Térbio: estrutura, propriedades, usos, obtenção - Ciência

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o térbio É um elemento que pertence ao grupo dos lantanídeos, as chamadas terras raras, e cujo símbolo químico é o Tb. Tem um número atômico de 65 e uma abundância na crosta terrestre de 1,2 ppm. Não é encontrado isoladamente, mas como parte de vários minerais, incluindo monazita e bastnäsita.

O térbio foi descoberto em 1843 pelo químico sueco Carl Gustav Mosander, no mineral gadolinita. Mosander tratou o ítrio com hidróxido de amônio, um óxido do ítrio metálico, e encontrou duas substâncias desconhecidas, que ele chamou de érbia e térbia, como contaminantes: substâncias que continham respectivamente os metais érbio e térbio.

O nome de térbio deve-se, como o de ítrio, à aldeia sueca de Ytterby, de onde vieram as amostras mineralógicas. Muitas vezes acontece que 'térbio' é facilmente confundido com 'érbio' e 'itérbio'.


O térbio tem várias aplicações devido às suas propriedades magnéticas e fluorescentes. Ele forma seus compostos com o estado de oxidação +3, mas em alguns casos usa o estado de oxidação +4. Tem um total de 38 isótopos, dos quais o único estável é 159Tb.

Estrutura de térbio

O térbio forma cristais com estruturas hexagonais compactas (hcp) à temperatura ambiente, que é conhecida como fase α. Quando esses cristais são aquecidos a 1289 ° C, eles passam por uma transição para a estrutura cúbica centrada no corpo (bcc), conhecida como fase β.

Configuração eletronica

O Terbium tem a seguinte configuração eletrônica:

[Xe] 4f9 6s2

Por ter 9 elétrons em seus orbitais 4f, e ser o nono membro dos lantanídeos, essa configuração eletrônica não apresenta nenhuma irregularidade em relação à ordem de preenchimento indicada pelo princípio de Aufbau.


Propriedades de térbio

Aparência física

Metal sólido branco prateado. É maleável, dúctil, resistente a impactos. Seu cátion Tb3+ é fluorescente e emite uma luz verde brilhante. No entanto, sua fluorescência só é visível no estado sólido.

Número atômico

65

Massa molar

158,925 g / mol

Ponto de fusão

1356 ºC

Ponto de ebulição

3123 ºC

Densidade

8,25 g / cm3

Calor de fusão

10,15 kJ / mol

Calor da vaporização

391 kJ / mol

Capacidade calórica molar

28,91 kJ / mol

Estados de oxidação

Como os outros lantanídeos, seu principal estado de oxidação é +3 ​​(Tb3+), mas também pode ter o estado de oxidação +4 (Tb4+) Por exemplo, nos compostos TbO2 e TbF4 térbio tem um estado de oxidação de +4.


Eletro-negatividade

1,2 na escala de Pauling.

Energias de ionização

Primeiro: 565,8 kJ / mol

Segundo: 1110 kJ / mol

Terceiro: 2114 kJ / mol

Ordem magnética

À temperatura ambiente, é um metal paramagnético que pode ser captado com um ímã de neodímio. Mas a uma temperatura de 230 K (-43 ºC), torna-se antiferromagnético, tornando-se ferromagnético a temperaturas abaixo de 219 K.

Reatividade

O térbio é estável ao ar, mesmo em altas temperaturas, devido à presença de um óxido marrom escuro que o recobre.

Este metal é capaz de formar três óxidos: Tb2OU3, branco e pulverulento, sendo a forma comum dos óxidos que os lantanídeos apresentam; o TbO2, que usa o estado de oxidação +4 e é gerado a partir do oxigênio atômico; e o Tb4OU7, um óxido marrom escuro com estados de oxidação +3 e +4.

O térbio reage com a água para formar um hidróxido e liberar gás hidrogênio. Da mesma forma, é atacado por ácidos diluídos, formando sais e liberando gás hidrogênio.

O térbio reage com o ácido sulfúrico, obtendo Tb2(SW4)3. Este sal é capaz de emitir uma fluorescência verde. Térbio combina com todos os halogênios através de seu estado de oxidação +3 (TbF3, TbCl3, etc.).

Formulários

Fluorescência

O térbio é usado como um fósforo de cor verde em aplicações de iluminação tricromática e em tubos de televisão em cores.A Terbium produz a cor verde dos telefones celulares Blackberry ou outros monitores de alta definição.

Íons Tb3+ São utilizados para mostrar a presença de micróbios, aplicando cloreto de térbio na amostra a ser examinada, que é iluminada com luz ultravioleta. Isso faz com que os endosporos vivos brilhem em verde.

Térbio (Tb3+), o európio (eu3+) e túlio (Tm3+) são utilizados para detectar a contrafação de notas de euro, uma vez que, quando as notas são iluminadas com luz ultravioleta, produzem uma fluorescência de cor verde para o térbio, uma de cor vermelha para o európio e outra de cor azul para o túlio .

Ligas

Uma liga de ferro-térbio é usada na construção de filmes de metal para gravação de dados magneto-ópticos.

Outra liga de neodímio-térbio-disprósio é utilizada para a fabricação de ímãs, capazes de conservar seu magnetismo em altas temperaturas. Este tipo de imã é usado em motores elétricos em geradores aéreos, onde ocorrem altas temperaturas.

O terfenol é uma liga de térbio, ferro e disprósio que tem a capacidade de se expandir ou contrair com base no campo magnético existente. Esta liga é usada em alto-falantes "SoundBug", que permitem que uma mesa ou escrivaninha seja usada como alto-falantes. Além disso, esta liga é usada em atuadores controlados magneticamente, sistemas de sonar e sensores de pressão.

Outros usos

O térbio é usado para dopar fluoreto de cálcio, tungstato de cálcio e molibdato de estrôncio, compostos usados ​​em dispositivos de estado sólido e de fibra óptica. O térbio também é usado em lâmpadas economizadoras de energia e lâmpadas de mercúrio.

O térbio tem sido utilizado para melhorar a segurança dos raios X, pois, ao melhorar sua resolução, permite reduzir o tempo de exposição aos mesmos.

Em conjunto com o gadolínio, o térbio tem sido usado na construção de um refrigerador de teste magnético de dois estágios: gadolínio como estágio de alta temperatura e térbio como estágio de baixa temperatura.

Obtendo

Matéria prima

O térbio tem abundância de 1,2 ppm na crosta terrestre, sendo um elemento que não se encontra na forma livre. Está presente nos minerais monazita, xenotima, bastnäsita e euxenita, sendo esta última um óxido contendo 1% de térbio.

Separação

O térbio é extraído comercialmente da monazita e da bastnasita por esmagamento inicial desses minerais, seguido de tratamento com ácido sulfúrico e ajuste do pH da solução com hidróxido de sódio para um pH entre 3 e 4. Isso produz separação. tório.

Em seguida, a solução é tratada com oxalato de amônio, para a posterior formação de óxidos de terras raras. Posteriormente, os óxidos se dissolvem em ácido nítrico, o que provoca a separação do cério. O térbio se separa como um sal duplo de nitrato de amônio por cristalização.

O método mais eficiente para a separação de sais de térbio é por cromatografia de troca iônica. Os íons de terras raras são absorvidos em uma resina de troca iônica adequada pela interação com hidrogênio, amônio ou íons cúpricos nela presentes.

Os íons de terras raras são separados da resina lavando-os com um agente adequado para cada metal específico.

Produção

Uma vez que os íons de térbio são separados dos minerais, seus cloretos ou fluoretos reagem com o cálcio metálico em um cadinho de tântalo, produzindo uma redução metalotérmica. As impurezas de cálcio e tântalo são removidas pela aplicação de destilação a vácuo.

Por outro lado, o térbio também pode ser obtido por eletrólise do óxido de térbio em cloreto de cálcio fundido.

Isótopos

Terbium tem um total de 38 isótopos, incluídos entre 135Tb e o 172Tb, do qual o único isótopo estável é 159Tb; que corresponde a quase 100% do térbio obtido na crosta terrestre. O resto dos isótopos de térbio são radioativos.

A maioria dos isótopos radioativos de térbio são emissores de partículas β– ou β+. A vida média da maioria deles é muito curta, destacando o 138Tb com meia-vida de 200 nanossegundos. Enquanto isso, seus isótopos com meia-vida mais longa são: 158Tb (58 anos) e o 157Tb (71 anos).

Referências

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