Terbium

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. Terbium ist nach dem ersten Fundort, der Grube Ytterby bei Stockholm, benannt, wie auch Yttrium, Ytterbium und Erbium.

Eigenschaften
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 (58. Rang)[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[6]
Aggregatzustand fest
Kristallstruktur hexagonal
Dichte 8,253 g/cm3 (25 °C)[7]
Magnetismus paramagnetisch (χm = 0,11)[8]
Schmelzpunkt 1629 K (1356 °C)
Siedepunkt 3396 K[9] (3123 °C)
Molares Volumen 19,30 · 10−6 m3·mol−1
Verdampfungsenthalpie 391 kJ·mol−1[9]
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[10]
Oxidationszustände 4, 3
Isotope
Isotop NH t1/2 ZA ZE (MeV) ZP
149Tb {syn.} 4,1 h α 3,970 145Pr
152Tb {syn.} 17,5 h β+ 148Eu
155Tb {syn.} 5,32 d ε 0,821 155Gd
156Tb {syn.} 5,35 d ε 2,444 156Gd
157Tb {syn.} 71 a ε 0,060 157Gd
158Tb {syn.} 180 a ε 1,220 158Gd
β− 0,937 158Dy
159Tb 100 % Stabil
160Tb {syn.} 72,3 d β− 1,835 160Dy
161Tb {syn.} 6,88 d β− 0,593 161Dy
Weitere Isotope siehe Liste der Isotope
NMR-Eigenschaften
  Spin-
Quanten-
zahl I		 γ in
rad·T−1·s−1		 Er (1H) fL bei
B = 4,7 T
in MHz
159Tb 3/2 6,431 · 107 24,04
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung[11]
keine GHS-Piktogramme
H- und P-Sätze H: keine H-Sätze
P: keine P-Sätze[11]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet.
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Geschichte

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 Lanthanoide (Bunsen).

Reines Terbium wurde erst mit Aufkommen der Ionenaustauschtechnik nach 1945 hergestellt.

Aus dem Namen der schwedischen Grube Ytterby leitete Mosander die Elementbezeichnung ab.

Vorkommen

Terbium kommt in der Natur nur in Verbindungen vor. Bekannte terbiumhaltige Minerale sind:

  • Cerit
  • Monazit (Ce,La,Th,Nd,Y)PO4 mit einem Tb-Gehalt von max. 0,03 %, das Haupterz für Tb[12]
  • Gadolinit (Vorkommen bei Ytterby sind erschöpft)
  • Euxenit (Y,Ca,Er,La,Ce,U,Th)(Nb,Ta,Ti)2O6 mit einem Tb-Gehalt von max. 1 %

Gewinnung und Darstellung

Nach einer aufwendigen Abtrennung der anderen Terbiumbegleiter wird das Oxid mit Fluorwasserstoff zum Terbiumfluorid umgesetzt. Anschließend wird mit Calcium unter Bildung von Calciumfluorid zum Terbium reduziert. Die Abtrennung verbleibender Calciumreste und Verunreinigungen erfolgt in einer zusätzlichen Umschmelzung im Vakuum.

Eigenschaften
Terbium

Das silbergraue Metall der Seltenen Erden ist duktil und schmiedbar. Bei Temperaturen oberhalb 1315 °C wandelt sich α-Terbium (hcp-Kristallgitter) in β-Terbium um.[1] In Luft ist Terbium relativ beständig, es überzieht sich mit einer Oxidschicht. In der Flamme verbrennt es zum braunen Terbium(III,IV)-oxid (Tb4O7). Mit Wasser reagiert es unter Wasserstoffentwicklung zu Hydroxid.

Verwendung

Terbium wird zum Dotieren von Calciumfluorid, Calciumwolframat und Strontiummolybdat zur Verwendung in Halbleitern (solid-state devices) verwendet. Zusammen mit Zirconium(IV)-oxid dient es zur Gefügestabilisierung in Hochtemperatur-Brennstoffzellen. Das Oxid wird dem grünen Leuchtstoff in Bildröhren und Fluoreszenzlampen zugesetzt. Natriumterbiumborat dient als Lasermaterial zur Erzeugung von kohärentem Licht mit einer Wellenlänge von 546 nm (grün).

Terbium-Eisen-Cobalt- oder Terbium-Gadolinium-Eisen-Cobalt-Legierungen dienen als Beschichtung auf wiederbeschreibbaren magneto-optischen (MO) Disks. Terbium-Dysprosium-haltige Legierungen zeigen eine starke Magnetostriktion (Längenänderung durch ein Magnetfeld oder magnetische Impulse bei Längenänderung). Solche Legierungen werden in der Materialprüftechnik eingesetzt.

In Neodym-Eisen-Bor-Magneten erhöhen sie die Koerzitivität, das heißt die Entmagnetisierungs-Resistenz wird erhöht.

Der durchsichtige künstliche Kristall Terbium-Gallium-Granat Tb3Ga5O12 zeigt einen starken Faraday-Effekt und wird daher für optische Isolatoren verwendet.

Sicherheitshinweise

Terbium und Terbiumverbindungen sind als gering toxisch zu betrachten. Das Element hat keine biologische Bedeutung für den menschlichen Organismus. Terbiummetallstäube sind wie fast alle Metallstäube feuer- und explosionsgefährlich.

Verbindungen

In Verbindungen kommt Terbium in den Oxidationsstufen +2, +3, +4 vor.

Eine Übersicht über weitere Terbiumverbindungen bietet die Kategorie:Terbiumverbindung.

Commons: Terbium – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Wiktionary: Terbium – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
  • Eintrag zu Terbium. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 3. Januar 2015.

Einzelnachweise
  1. Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
  2. Die Werte für die Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, aus www.webelements.com (Terbium) entnommen.
  3. 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.
  4. 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.
  5. Eintrag zu terbium bei WebElements, www.webelements.com, abgerufen am 13. Juni 2020.
  6. Die Werte für die Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, aus www.webelements.com (Terbium) entnommen.
  7. N. N. Greenwood, A. Earnshaw: Chemie der Elemente. 1. Auflage. VCH, Weinheim 1988, ISBN 3-527-26169-9, S. 1579.
  8. 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.
  9. 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.
  10. Die Werte für die Eigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, aus www.webelements.com (Terbium) entnommen.
  11. Datenblatt Terbium bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 26. April 2017 (PDF).
  12. Römpps chemische Wörterbuch, Mai 1974, Band 3, S. 847.
Normdaten (Sachbegriff): GND: 4184744-1 | LCCN: sh85133986
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